close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

bd000102019

код для вставкиСкачать
На правах рукописи.
Новикова Светлана Ивановна
ЭКОЛОГО-АГРОХИМИЧЕСКИЕ А С П Е К Т Ы
РАСПРОСТРАНЕНИЯ КОБАЛЬТА
В АГРОЭКОСИСТЕМАХ КАЛИНИНГРАДСКОЙ ОБЛАСТИ
Специальность 03.00.16 - Экология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Калининград
2005
Работа вьтолнена в Федеральном государственном учреждении
«Центр агрохимической службы «Калининградский»
Научный руководитель
- доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Панасин Владимир Ильич
Официальные оппоненты
- доктор сельскохозяйственных наук,
профессор, академик РАСХН
Ефимов Виктор Никифорович
- доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Паракшин Юрий Петрович
Ведущая организация
- Ленинградский научно-исследовательский
институт сельского хозяйства
Защита диссертации состоится 25 ноября 2005 года в 16.00 часов
на заседании диссертационного совета К 212.084.05 при Российском
государственном университете им. И, Канта по адресу: 236040,
Калининград, ул. Университетская, д. 2, факультет биоэкологии,
аудитория 143 , тел. (0112) 533-775.
Отзывы на автореферат направляются по адресу: 236040,
Калининград, ул. Университетская, д. 2, факультет биоэкологии, кафедра
ботаники и экологии растений.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета
(236040, г. Калининград, ул. Университетская, д. 2)
Автореферат разослан « Л О
»
октября
2005 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат биологических наук, доцент
^
^^^^^^
И.Ю. Губарева
т=^
гг\ып
т/б
Общая характеристика работы
Актуальность
темы.
В
настоящее
время
обеспечение
сбалансированного питания растений макро- и микроэлементами важнейшее условие получения стабильно высоких урожаев хорошего
качества Дефицит подвижных соединений микроэлементов в почвах
является одним из существенных факторов, сдерживаюпщх рост
продуктивности земледелия, и ведет к снижению устойчивости
агроландшафтов. В агроценозах Калининградской области оптимизация
питания растений кобальтом наиболее остро актуализируется в связи с
резким
снижением
объемов
применения
средств
химизации,
использованием безбалластных высококонцентрированных минеральных
удобрений и выращиванием сельскохозяйственных
культур по
интенсивным технологиям без компенсации выноса элементов питания.
Известно, что оптимальные количества кобальта повышают урожай и
улучшают
диетическую
ценность
продукции
растениеводства.
Недостаточные и повышенные концентрации кобальта в почвах через
пищевые цепи могут вызывать эндемические заболевания у человека и
животных. До последнего времени на территории Калининградской
области недостаточно было исследовано распространение кобальта в
основных звеньях агроэкосистем. Поэтому изучение закономерностей
распределения и поведения элемента в системе «почва - растение», а также
установление факторов, влияющих на его вертикальную миграхщю и
трансформацию по почвенному профилю, представляет особую
актуальность. Информация о количественных и качественных параметрах
содержания кобальта в почвах и растениях позволяет разработать
рекомендации
по
применению
в
земледелии
кобальтовых
микроудобрений, способствующих повышению урожайности и качества
сельскохозяйственных культур, а также дать экологическую оценку
территориям на предмет количественного содержания кобальта в
агроэкосистемах.
Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - проведение
комплексных эколого-агрохимических исследований по изучению
содержания кобальта
в
основных
компонентах
агроэкосистем
Калршинградской области.
Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:
1.Определить содержание кобальта в почвообразующих породах,
почвенно-грунтовых водах и почвах.
2. Установить
закономерности
вертикального
распределения
кобальта, особенности его миграции и трансформации в профиле
основных типов почв.
3. Изучить влияние гранулометрического состава и агрохимических
свойств почв на содержание кобальта в почвах .
4. Определить содержание кобальта в сельскохозяйственных
культурах и кормах.
5. Провести экологическую оценку содержания кобальта в почвах и
растениях.
6. Определить влияние различных доз и способов внесения
кобальтовых
микроудобрений
на
урожай
и
качество
сельскохозяйственных культур.
7. Выявить закономерности географического распространения
кобальта в почвах агроландшафтов.
Научная новизна. Впервые установлено содержание кобальта в
основных почвообразующих породах региона в зависимости от их
гранулометрического и химико-минералогического состава. Выявлены
особенности внутрипрофильной и пространственной дифференциации
кобальта в дерново-подзолистых, дерновых, аллювиальных и болотных
почвах агроландшафтов в зависимости от природно-климатических
условий и типа почвообразования. Показано, что вертикальная
дифференциация кобальта в изучаемых почвах обусловлена развитием
следующих процессов: подзолистого, дернового, болотного, буроземного
и лессиважа, а также хозяйственной деятельностью человека.
Установлено, что содержание кобальта в дерново-подзолистых почвах
зависит от их гранулометрического состава, реакции почвенной среды,
содержания гумуса и его качественного состава. Выявлено, что
концентрация кобальта в почвенно-грунтовых водах обусловлена
влиянием химического состава почв и пород.
Впервые
изучена
динамика
накопления
кобальта
сельскохозяйственньп^1и культурами (озимая пшеница, озимая рожь,
озимый рапс) и показано его распределение по структурным частям
растений.
Проведена экологическая оценка содержания кобальта в основных
звеньях агроэкосистемы: почвах, культурных растениях и кормах.
Изучено влияние различных доз и способов внесения кобальтовых
микроудобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур.
Защищаемые положения. На защиту выносятся следующие
положения:
1. Концентрация кобальта в почвообразующих породах определяется
их генезисом, составом и свойствами.
2. Пространственная и вертикальная дифференциация дерновоподзолистых, дерновых, аллювиальных и болотных почв по содержанию
кобальта обусловлена направлением и глубиной почвообразовательного
процесса, особенностями поведения микроэлемента в ландшафте.
3. Основньп^га факторами, влияющими на содержание подвижного
кобальта в дерново-подзолистых почвах агроэкосистем, являются
гранулометрический состав, реакция почвенной среды и содержание
гумуса.
4. Оптимальные
дозы
и
способы
внесения
кобальтовых
микроудобрений
повышают
урожайность
и
качество
сельскохозяйственных культур.
Практическая значимость. Основные положения работы могут
являться научной базой для организации мониторинга в системе «почварастение-животные» и разработки оптимальных механизмов воздействия
на эту систему.
По результатам исследований представляется возможность:
- регулировать содержание кобальта в почвах, растениях и кормах;
- рекомендовать оптимальные дозы и способы внесения кобальтовых
микроудобрений под сельскохозяйственные культуры.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены и
доложены на:
- всесоюзных совещаниях специалистов агрохимической службы по
вопросам государственного контроля за плодородием почв и охраны
объектов окружающей среды (Москва, 1999, 2000);
- 1 Агрономической научно-практической конференции студентов,
аспирантов и молодых ученых (11-12 апреля 2002, Калининград);
- I V съезде Докучаевского общества почвоведов (Красноярск, 2004).
- областных семинарах-совещаниях агрохимиков по проблемам
агроэкологического мониторинга почв в Калининградской области,
по кормопроизводству и качеству кормов.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из
введения, 4 глав, выводов, предложений производству, приложений и
списка литературы из 159 наименований, в том числе 8 иностранных.
Материал диссертации изложен на 165 страницах, включает 72 таблицы и
2 рисунка.
Объекты и методы исследований
Объектами исследований служили дерново-подзолистые, дерновые,
аллювиальные и болотные почвы агроландшафтов, а также культурные
растения, выращиваемые в агроценозах Калининградской области.
Экспериментальный материал, на основании которого выполнена
диссертационная работа, получен путем проведения комплексного
агрохимического обследования почв (1991-2004 гг.), локального
мониторинга на реперных участках (1994-2004 гг.), специальных
исследований в полевых и мелкоделяночных опытах.
Отбор почвенных образцов осуществлялся согласно «Методическим
указаниям по проведению комплексного агрохимического обследования
почв сельскохозяйственных угодий (М., ЦИНАО, 1994) и «Методическим
указаниям по проведению локального мониторинга на реперных участках»
(М., ЦИНАО, 1993).
Всего было отобрано и проанализировано около 20000 смешанных
почвенньпс образцов, а также 40 образцов почвообразующих пород и 27
проб почвенно-грунтовьк вод. На пахотных почвах образцы отбирались
на глубину пахотного слоя, на сенокосах и пастбищах - на глубину
гумусово-аккумулятивного горизонта. Кроме того, бьш заложен 41
почвенный разрез. Образцы для анализов отбирали по генетическим
горизонтам. Одновременно на анализ было отобрано 380 проб культурных
растений и кормов.
Изучение влияния различных доз и способов применения
кобальтовых микроудобрений на урожайность и качество растительной
продукции проводилось в полевых и мелкоделяночных опытах с
KopMOBbDviH бобами сорта «Херц-Фрея», озимым рапсом сорта «Лираджет»
и озимой пшеницей сорта «Мироновская Юбилейная». Все сорта
относятся к районированным для области. Агротехника возделывания
культур общепринятая для Калининградской области. Повторность
опытов четырехкратная, общая площадь делянки в полевом опыте 1,2 га,
учетная - 1,0 га, в мелкоделяночном опыте - соответственно 100 и 60 м^.
Агрохимические свойства почв опытов в пределах пахотного слоя
представлены в таблице 1.
В первых двух полевых опытах была изучена эффективность
кобальтовых микроудобрений при предпосевной обработке семян озимого
рапса (1988-1990 г. г.) и кормовых бобов (1993-1995 гг.), в третьем эффективность внекорневой подкормки озимой пшеницы (1998-2000 гг.).
В качестве кобальтовых микроудобрений использовали соль
сернокислого кобальта (CoS04*7H20) с содержанием чистого кобальта
20,96 % . Для предпосевной обработки семян озимого рапса применялась
доза 100 г физического веса на гектарную норму семян, для предпосевной
обработки семян кормовьк бобов и внекорневой подкормки озийой
пшеницы -150 г/га.
В
качестве фона использовались стандартные минеральные
удобрения, вносимые хозяйствами. Предпосевную обработку семян
проводили непосредственно перед посевом, внекорневую подкормку
озимой пшеницы - в фазу полного кущения растений.
Таблица I
Агрохимическая характеристика почв опыгных участков
№
опыта
Гумус,
1
2,47
2
2,29
3
2,80
4
2,08
%
V,%
Нг
Sn.o.
Р2О5
ммоль/100 г
Дерново-подзолистая легкосуглинистая
0,92
17,71
95,1
6,4
221
Дерново-подзолистая среднесуглинистая
0,77
22,00
96,6
6,6
293
Дерново-подзолистая среднесуглинистая
1,96
20,50
91,3
5,8
76
Дерново-подзолистая легкосуглинистая
88.8
1,82
13,45
5,8
143
рНкс1
К2О
Со
278
0,89
303
0,68
268
0,93
167
0,70
мг/кг
В
мелкоделяночном опыте (№4) было исследовано влияние
различных доз кобальтовых микроудобрений на урожайность и качество
озимого рапса при внекорневой обработке растений. Схема опыта: 1. Ф о н
N127P20K24; 2. Ф о н -I- Coi (0,03 кг д.в./га); 3. Ф о н + Сог (0,15 кг д.в./га); 4.
Ф о н + Соз (0,30 кг д.в./га); 5. Ф о н + С04 (0,60 кг д.в./га).
Фоновые
удобрения
нитрофоску
вносили
осенью
под
предпосевную культивацию, аммиачную селитру - весной в подкормку. В
качестве микроудобрения использовали хлористый кобальт (СоСЬ'бНгО) с
содержанием чистого кобальта 24,8 % . Внекорневую подкормку растений
озимого рапса проводили в фазу бутонизации.
Уборку урожая в опытах осуществляли
механизированным
способом. Данные урожая кормовьк бобов и озимой пшеницы приведены
к стандартной влажности 14%, озимого рапса - 1 2 % .
Все химические анализы почв, растений, кормов и воды выполнены
на
базе
Федерального
государственного
учреждения
«Центр
агрохимической службы «Калининградский».
В почвенных образцах определяли: рНка потенциометрически;
гидролитическую кислотность и сумму поглощенных оснований - по
Каппену; органическое вещество - по Тюрину; групповой и фракционный
состав гумуса - по Пономаревой и Плотниковой; подвижный фосфор и
обменный калий - по Кирсанову; подвижные соединения кобальта, меди и
марганца - по методу Пейве и Ринькиса, цинка по методу Крупского и
Александровой;
валовые
формы
атомно-адсорбционной
спектрофотометрией (С-115).
Анализ
растительных
образцов
проводили
по
следующим
методикам: кобальт, азот, фосфор, белок - фотометрически; калий - на
пламенном фотометре; жир по обезжиренному остатку; масличность путем извлечения жира из семян растворителем; стекловидность зерна визуально; марганец, железо, медь, цинк - атомно-абсорбционно.
Статистическая обработка экспериментальных данных проведена по
Б.А. Доспехову (1979).
Результаты исследований
1. Содержание и закономерности распределения кобальта
в основных типах почв агроландшафтов Калининградской
области
Почвы агроландшафтов Калининградской области сформировались
на разных по генезису и свойствам почвообразующих породах,
обладающих пестрым литологическим и гранулометрическим составом.
Среднее валовое содержание кобальта в породах изменяется в пределах от
4,0 до 7,6 мг/кг, подвижного от 0,54 до 1,52 мг/кг (табл. 2).
Таблица 2
Содержание кобальта в почвообразующих породах Калининградской
области, мг/кг
Порода
п
Водно-ледниковые
карбонатные
безвалунные глины
Моренные карбонатные валунные
суглинки
Моренные валунные суглинки
Моренные валунные супеси и пески
Озерно-ледниковые глины
8
Co(jc ±8д:)
валовый
подвижный
1,52± 0,64
7,6± 0,85
8
6,6+ 0,72
1,24± 0,48
13
5
6
5,1± 0,80
4,0± 0,12
5,6± 0,61
0,72+ 0,22
0,54± 0,15
0,83± 0,32
Примечание: х арифметического.
среднее арифметическое; S x - ошибка среднего
в безвалунных карбонатных глинах, характеризующихся высоким
содержанием коллоидной фракции и преобладанием минералов
гидрослюдисто-вермикулитовой ассоциации, адсорбируется наибольшее
количество микроэлемента.
Особенности минералогического состава почвообразующих пород
наиболее ярко отражаются в химическом составе почвенно-грунтовых вод,
которые принимают активное участие в процессах почвообразования и
миграции химических элементов.
Концентрация кобальта в изучаемых водах колеблется от 0,82 до
1,72 мкг/дм', при этом более высокая его концентрация установлена в
грунтовых водах западной части области. Здесь воды имеют слабокислую
или близкую к нейтральной реакцию и отличаются высоким содержанием
водно-растворимого органического вещества, способного образовывать с
кобальтом легкоподвижные органоминеральные комплексы. В грунтовых
водах восточной части области кобальта содержится на 36,3-52,3%
меньше по сравнению с западной частью. Низкая концентрация кобальта
обусловлена распространением здесь почв тяжелого и среднего
гранулометрического состава, сформировавшихся на карбонатной морене.
Почвенный
покров
Калининградской
области
отличается
значительной
пестротой,
что
связано
с
особенностями
геоморфологического строения, гидрологического режима, составом
почвообразующих пород и спецификой климатических условий. На
территории агроландшафтов
наиболее распространены дерновоподзолистые почвы, которые занимают 83% их площади. Меньшую
распространенность имеют дерновые, аллювиальные и болотно-низинные
почвы.
Содержание и распределение кобальта в почвах определяется
направлением и степенью развития почвообразовательного процесса и
особенностями поведения микроэлемента в ландшафте. Среди
исследуемых почв наиболее богаты кобальтом аллювиальные почвы, что
обусловлено специфическими условиями их формирования (табл. 3).
Здесь, кроме ярко вьфаженной биогенной аккумуляции его в гумусовоаккумулятивном горизонте, имеет место гидрогенная и механическая
аккумуляция элемента.
Дерново-подзолистые почвы, несмотря на относительно высокое
валовое содержание кобальта, бедны подвижными его формами. В
дерновых почвах содержание подвижного кобальта вьппе, чем в дерновоподзолистых, вследствие большей мощности и обогащенности
органическим веществом гумусово-аккумулятивных горизонтов.
Таблица 3
Содержание кобальта в гумусовом горизонте
основных типов почв агроландшафтов Калининградской области, мг/кг
Почва
Дерново-подзолистая
Дерновая глеевая и глееватая
А1шювиальная
Болотная низинная
п
1500
480
350
263
Со валовый
x±Sx
10,14± 0,30
5,54+ 0,22
11,90±0,43
4,64+ 0,38
V,%
40
33
34
36
Со подвижный
jc± S x
0,71± 0,26
0,77± 0,25
1,31+ 0,48
1,02+ 0,40
V,%
62
47
37
40
Примечание: V - коэффш1иент вариации.
По данньпл агроэкологического мониторинга, 93,6% площадей
сельскохозяйственных угодий агроландшафтов имеют низкое содержание
подвижного кобальта (менее 1 мг/кг), 6,4% - среднее содержание (1,1-3,0
мг/кг), а хорошо обеспеченные кобальтом (выше 3,1 мг/кг) почвы в
области практически отсутствуют. Среднее содержание кобальта в почвах
составляет 0,72 мг/кг. При этом наименее обеспечены подвижным
кобальтом пахотные почвы - 0,70 мг/кг. В почвах, занятых лугами,
содержится несколько больше кобальта - 0,88 мг/кг, что обусловлено
большей замкнутостью круговорота биогенных элементов в сенокосных
агроландшафтах.
Нашими
исследованиями
установлено,
что
накопление
и
распределение кобальта в гумусово-аккумулятивном горизонте дерновоподзолистых почв зависит от гранулометрического состава, реакции
почвенной среды, содержания гумуса и его качественного состава. Между
валовым содержанием кобальта и количеством физической глины
прослеживается положительная корреляция (г=+0,53+ 0,02). Среднее
содержание подвижных форм микроэлемента увеличивается в ряду почв
от песчаных и супесчаных к тяжелосуглинистым и глинистым. С
уменьшением
кислотности
почв
концентрация
микроэлемента
повышается. На нейтральных почвах обнаружена тесная корреляционная
зависимость между содержанием подвижного кобальта и содержанием
гумуса (г=+0,84). Кобальт преимущественно связывается первой фракцией
гуминовых кислот (г=+0,63) и второй фракцией фульвокислот (г=+0.72).
Тесная корреляционная связь (г=+0,83) получена между содержанием
негидролизуемого остатка и подвижным кобальтом. По способности
переводить кобальт в обменно-поглощенное состояние гумусовые
вещества образуют ряд: гумин > гуминовые кислоты > фульвокислоты.
Другими свойствами почв, определяющими содержание подвижных форм
10
кобальта, являются сумма поглощенных оснований (г=+0,49) и степень
насыщенности почв основаниями (г=+0,59).
Региональные природно-климатические особенности в сочетании с
древнеземледельческой культурой обусловили определенную специфику
распределения кобальта в профиле различных типов почв агроэкосистем.
Основными процессами почвообразования, влияющими на его
распределение
в
профиле
дерново-подзолистых
почв,
являются
гумусонакопление и подзолообразование, приводящие к дифференциации
профиля на иллювиальный и элювиальный горизонты. Интенсивность
проявления
процессов
в
значительной
степени
определяется
гранулометрическим составом почв.
Для дерново-подзолистых супесчаных почв характерным является
слабое проявление элювиально-иллювиального процесса (табл. 4).
Довольно низкое содержание гумуса, преобладание в его составе
легкоподвижных фульвокислот и кислая реакция среды способствует
интенсивной миграции соединений кобальта вниз по профилю.
Аккумуляция элемента отмечается на контакте с породой, что связано с
резким изменением гранулометрического состава: супесь подстилается
тяжельпи суглинком.
Таблица 4
Распределение кобальта по профилю дерново-слабоподзолистой
супесчаной почвы
Горизонт Глубина, Гумус, рНкС!
Со, мг/кг
Подвижность,
см
%
валовый подвижный
%
0,41
4-26
1,80
А,
4,1
5,3
7,7
26-49
1,05
0,32
АВ
4,1
5,0
6,4
49-72
1,15
0,35
Bg
4,1
5,3
6,6
72-115
0,62
0,52
BCg
4,0
7.5
6,9
115-150
0,37
0,54
3,9
6,3
8,6
д?
По профилю легкосуглинистых почв, развитых на моренных
суглинках, кобальт распределяется
более равномерно, с
менее
выраженным максимумом в иллювиальном горизонте (табл. 5).
Аккумуляция подвижного кобальта в гумусовом горизонте связана с
образованием
малоподвижных
комплексных
органоминеральных
соединений, в иллювиальном - с утяжелением гранулометрического
состава. Распределение валового и подвижного кобальта по почвенному
профилю положительно коррелирует с содержанием гумуса и реакцией
среды. Тесная корреляционная связь обнаружена между содержанием
кобальта и марганца (г=+0,59-0,98 для валового и г=+0,58-0,85 для
подвижной формы).
11
Распределение кобальта по профилю
дерново-слабоподзолистой легкосуглинистой почвы
Горизонт Глубина,
Апах
АВ
Bg
Cg
см
0-27
27-50
50-110
110-140
Гумус,
рНка
2,07
0,87
0,50
0,37
6,5
5,6
5,0
4,4
%
Со, мг/кг
валовый подвижный
0,96
4,0
4,0
0,85
5,0
0,54
4,0
0,65
Таблица 5
Подвижность,
%
24,0
21,3
10,8
16,3
Сходный характер имеет распределение кобальта по профилю
среднесуглинистой почвы на моренных суглинках.
Среди дерново-подзолистых почв агроэкосистем довольно часто
встречаются профили, формирующиеся на карбонатных породах.
Характерной особенностью распределения кобальта по профилю этих
почв является четко выраженный максимум в горизонте, непосредственно
залегающем над карбонатным горизонтом (табл. 6). Накопление элемента
происходит вследствие одновременного изменения кислотно-основных и
окислительно-восстановительных условий. При переходе к собственно
карбонатному горизонту валовое содержание кобальта снижается, что
связано с эффективной сорбщ1ей его в вышележащем горизонте.
Напротив, максимальная подвижность кобальта отмечается в карбонатном
горизонте, в котором возрастает содержание Со(ОН)2 и СоСОз. Эти формы
переходят в вытяжку при определении подвижного кобальта, в отличие от
кобальта, входящего в кристаллическую решетку оксидов железа и
глинных минералов. Последняя форма, по-видимому, преобладает в
иллювиальных горизонтах.
Распределение кобальта по профилю
дерново-слабоподзолистой среднесуглинистой почвы
Горизонт
Апах
А,
В,
B2g
ВСк
Глубина,
см
0-26
26-38
38-78
78-109
109-135
Гумус,
рНкс1
1,67
1,45
0,60
0,50
0,50
5,1
5,1
5,1
5,9
7,1
%
12
Таблица 6
Со, мг/кг
Подвижность,
валовый подвижный
%
0,64
8,5
7,5
8,9
0,76
8,5
11,5
0,75
6,5
11,5
1,07
9,3
7,5
1,19
15,9
в
дерново-глеевых
легкосуглинистых
почвах
распределение
кобальта по почвенному профилю происходит под влиянием элювиальноглеевого процесса в условиях длительного переувлажнения. В этих почвах
наблюдается слабая дифференциация валового кобальта по горизонтам.
Биогенная аккумуляция элемента выражена слабо, а максимальное
количество подвижного кобальта обнаружено в глеевом горизонте.
Дерновые
тяжелосуглинистые
почвы
агроландшафтов,
сформированные на карбонатных породах, имеют довольно высокое
содержание кобальта (табл. 7). Накопление и распределение элемента по
профилю протекает под действием процессов гумусонакопления,
миграции карбонатов и их аккумуляции. Здесь отмечается четкая
дифференциация валовых и подвижных форм кобальта по генетическим
горизонтам. Верхняя часть профиля обогащена кобальтом, что
обусловлено
высоким
залеганием
карбонатов
и
тяжелым
гранулометрическим составом.
Таблица 7
Распределение кобальта по профилю дерново-карбонатной глееватой
почвы
Горизонт Глубина,
см
0-15
А,
15-35
В,
Bzgk
35-57
BCgk
57-76
76-120
Cgk
Гумус,
%
2,60
0,80
1,05
0,65
0,50
рНкс1
6,3
6,8
7,0
7,1
7,3
Со, мг/кг
Подвижность,
валовый подвижный
%
17,5
11,3
1,98
12,5
3,75
30,0
10,0
2,49
24,9
2,80
38,9
7,2
1,74
34,8
5,0
У аллювиально-дерновых почв дифференциация этого элемента
происходит под влиянием дернового процесса в условиях периодического
отложения свежего аллювия. В супесчаных почвах, где дерновый процесс
выражен слабо и отлагается грубый аллювий, биогенная аккумуляция
кобальта отсутствует. П о профилю почв его соединения распределяются
равномерно, что обусловлено однородностью
гранулометрического
состава и резко выраженным промывным водным режимом. Напротив, в
аллювиально-дерновых легкосуглинистых почвах выявлена отчетливая
дифференциация кобальта по генетическим горизонтам, что связано с
длительньш застаиванием паводковых и нагонных вод (табл. 8). Ёиогенная
аккумуляция элемента является следствием наличия мощного гумусового
горизонта, обогащенного органическим веществом и хорошо развитой
дернины, которые служат акцепторами химических элементов, а также
щелочной реакцией среды.
13
Таблица 8
Распределение кобальта по профилю аллювиально-дерновой
легкосуглинистой почвы
Горизонт Глубина,
см
6-30
30-55
В,
55-110
В2
л,
Гумус,
%
2,60
0,77
1,00
рНкс1
7,2
7,4
7,2
Со, мг/кг
подвижный
валовый
0,97
6,2
0,80
4,8
0,88
5,6
Подвижность,
%
32,3
16,7
15,7
Торфяные почвы агроландшафтов отличаются от минеральных почв
по своему составу и свойствам. Профильное распределение кобальта в
торфяных почвах обусловлено действием болотного процесса,
производственной деятельностью человека, высоким уровнем стояния
грунтовых вод и периодическим их затоплением. В аллювиальноболотных почвах отмечается выщелачивание соединений кобальта из
пахотного слоя вследствие интенсивного
сельскохозяйственного
использования и остаточное накопление их в нижележащем горизонте
(табл. 9). Содержание валовых и подвижных форм дифференцировано по
горизонтам, с глубиной их количество уменьшается.
Наиболее
высокая подвижность
кобальта
обнаружена
в
аллювиально-дерновых и торфяных почвах (29-32%), более низкая в автоморфных дерново-подзолистых почвах (7-10%).
Таблица 9
Распределение кобальта по профилю
аллювиально-болотной иловато-перегнойной торфяной почвы
Горизонт Глубина,
см
Апах
0-20
20-90
т,
90-181
Ъ
181-207
Ъ
рНкс1
5,3
5,0
5,2
5,6
2. Распространение
Со, мг/кг
валовый
подвижный
7,2
1,88
10,4
2,37
7,6
1,48
6,5
1,30
кобальта
Подвижность,
%
26,1
22,7
19,5
20,0
агрофитоценозах
Калининградской области
Проведенные исследования позволили установить содержание
кобальта в культурных растениях, выращиваемых в агроценозах
Калининградской области (табл. 10).
14
Таблица 10
Содержание кобальта в сельскохозяйственных культурах
Калининградской области, мг/кг абсолютно сухого вещества
Культура
Продукция
Озимая рожь
зерно
солома
зерно
солома
Озимая пшеница
Озимый ячмень
Озимый рапс
Яровой ячмень
Кормовые бобы
Овес
Картофель
Среднее*
•
min-max
Со
х± Sx
0,07 + 0,01
0,08 ± 0,01
0,06 ±0,01
0,09 + 0,02
0,07 + 0,01
0,09 + 0,01
0,06-0,10
0,06-0,10
0,04-0,10
0,06-0,14
зерно
солома
зерно
солома
зерно
солома
зерно
солома
зерно
солома
клубни
ботва
0,06-0,08
0,07-0,11
0,07-0,20
0,06-0,25
0,07-0,11
0,08-0,14
0,10-0,18
0,12-0,20
0,03-0,07
0,03-0,08
0,03-0,07
0,08-0,15
1,00
0,12 + 0,03
0,15 ± 0,01
0,10 + 0,01
0,11 + 0,02
0,14 ± 0,02
0,16 + 0,04
0,05 ± 0,01
0,06 ± 0,01
0,08 ± 0,01
0,12 ± 0,02
1
- среднее содержание в растениях по В.В. Добровольскому (1983).
•
Среди важнейших в хозяйственном отношении культур довольно
высоким содержанием этого элемента характеризуются кормовые бобы и
озимый рапс И з злаковых зерновых культур более высокое содержание
кобальта имеет зерно ярового ячменя, сравнительно низкое - овса. В
целом внутривидовые различия содержания микроэлемента в зерновых
культурах незначительны.
Наряду с генетическим фактором, на концентрацию кобальта в
растениях определенное влияние оказывают свойства почв, как
экологический фактор. Наибольшее влияние на доступность почвенного
кобальта растениям оказывает реакция почвенной среды. Установлено, что
растения озимой ржи, произрастающие на дерново-подзолистых кислых
почвах, накапливали больше этого элемента. Н а нейтральных почвах
кобальт
образует
с
гуминовьпии
кислотами
устойчивые
труднорастворимые кобальторганические соединения, вследствие чего
доступность элемента растениям озимой ржи снижалась.
15
Присутствие в почвенном растворе других элементов оказывает
определенное действие на поглощение кобальта растениями. Между
содержанием подвижного марганца и количеством кобальта, поглощенного
растениями, прослеживалась обратная зависимость, что связано с
явлением антагонизма, существующим между ионами кобальта и марганца
в растительном организме. Напротив, увеличение содержания подвижных
форм меди и цинка в дерново-подзолистых почвах способствовало
накоплению кобальта в зерне озимой шпеницы и озимой ржи.
Для
оценки
интенсивности
поглощения
элемента
сельскохозяйственными культурами был рассчитан коэффициент
биологического поглощения (Кбп), который позволяет косвенно судить о
степени доступности кобальта для растений, о поведении его в системе
«почва-растение» и позволяет выделить растения - концентраторы
элемента. В зависимости от видовых особенностей растений значение Kgn
изменяются в пределах от 0,07 (силосные мешанки) до 0,31 (многолетние
бобовые травы), что характеризует кобальт как элемент слабого захвата.
Культуры, возделываемые в агроценозах области, по Кбп можно условно
разделить на группы: 1 группа Кбп < 0,1; 2 группа-0,1-0,2 и 3 группа>0,2.
В первую группу входят следующие культуры: ячмень озимый и яровой,
овес, многолетние злаковые травы, силосные мешанки; во вторую картофель, озимая пшеница, кормовые бобы; в третью - озимый рапс и
многолетние бобовые травы.
Среди исследуемьк культур растениями-концентраторами кобальта
являются многолетние бобовые травы и озимый рапс. Полученные
коэффициенты прямо и косвенно показывают отношение культур к
кобальтовому удобрению.
Важным
моментом в
понимании динамики
поглощения
микроэлемента растениями является содержание его по фазам развития.
Изучение динамики потребления кобальта озимыми зерновыми
культурами показало, что растения озимой пшеницы и ржи довольно
интенсивно поглощают этот элемент в фазы кущения и выхода в трубку. В
этот период у растений обнаружена наиболее высокая концентрация
кобальта (0,17-0,23 мг/кг абсолютно сухого вещества) (рис. 1).
Растениями озимого рапса кобальт поглощается на протяжении
всего вегетативного периода, достигая максимума в фазу полной спелости.
К недостатку элемента озимый рапс особенно чувствителен в фазы
бутонизации и цветения.
Высокое содержание кобальта в растениях в период формирования
генеративных органов должно учитываться при разработке системы
применения кобальтовых микроудобрений под ту или иную культуру.
16
0,25 -г- -
0,05 J -
4
Ф а з ы развития
-^^Озимая пшеница
—•—Озимая рожь
Рис. 1. Динамика содержания кобальта в озимых зерновых культурах
в процессе вегетации, мг/кг.
Фазы: 1 - прекращение осенней вегетации; 2 - кущение; 3 - выход в трубку;
4 - колошение; 5 - цветение; 6 - молочная спелость зерна.
3. Решение проблемы дефицита кобальта в агроэкосистемах
Калининградской области
Анализ поступления кобальта в агроценозы Калининградской
области показал, что основное его количество привносится с
органическими удобрениями (55,5%) и известковыми материалами
(38,5%), а наименьшее - с минеральными удобрениями (6,0%). С
атмосферными осадками в почву поступает незначительное количество
микроэлемента.
Обобщение многолетних данных агроэкологического и локального
мониторинга
показало,
что
почвы
Калининградской
области
характеризуются довольно низким содержанием кобальта. Во всех
анализируемых почвенных образцах не было зафиксировано превышения
ПДК по кобальту. Напротив, исследованиями установлено, что в почвах
прослеживается тенденция к снижению содержания подвижного кобальта.
По сравнению с 1975-1990 годами его количество снизилось до 0,72 мг/кг,
или на 34,5 % , что связано с резким сокращением объемов применения
средств химизации.
Так как большинство почв агроценозов имеют низкую
обеспеченность кобальтом, то продукция растениеводства характеризуется
пониженным его содержанием (табл. 10).
17
в биологической цепи питания растения-животные важным
моментом является обеспечение кормов микроэлементами, в том числе
кобальтом. Оценивая содержание кобальта в кормах с учетом пороговой
концентрации В.В. Ковальского (1971), можно констатировать, что оно
ниже оптимального. Например, в сене дефицит этого элемента составляет
66-83% (табл. И ) .
Таблица 11
Содержание кобальта в различных видах сена,
мг/кг абсолютно сухого вещества
п
Ботанический состав
Co(x±Sx)
Клевер луговой, овсяница луговая
23
0,09 ± 0,03
Ежа сборная, овсяница луговая
30
0,08 ±0,01
Ежа сборная, тимофеевка луговая
38
0,06 ± 0,02
Ежа сборная
18
0,05 ± 0,02
Тимофеевка луговая
25
0,05 ± 0,02
Тимофеевка луговая, клевер луговой
23
0,05 ± 0,02
Разнотравье злаково-бобовое
50
0,08 ± 0,02
Многолетние злаковые травы
156
0,06 ± 0,03
Луговое разнотравье
31
0,04 ± 0,02
Основным приемом на пути решения проблемы дефицита кобальта в
агроценозах является применение кобальтовых микроудобрений.
В предыдущие годы было показано, что наиболее высокие прибавки
урожая сельскохозяйственных культур обеспечивает непосредственное
внесение кобальтовых удобрений в почву. Однако, несмотря на его
высокую эффективность, данный метод не нашел широкого
распространения в области. В настоящее время наиболее экономически
выгодными способами являются предпосевная обработка семян и
внекорневая подкормка растений.
По результатам исследований установлено, что прибавка урожая
кормовых бобов и озимого рапса от предпосевной обработки семян
сернокисльм кобальтом в среднем за 3 года составила 5,4 ц/га по
сравнению с фоном.
При этом значительно улучшалось качество товарной продукции.
Так, в семенах кормовых бобов содержание белка повышалось в среднем
до 27,46 % (Фон - 26,53%), а выход белка с одного гектара - на 20% (Фон
- 966 кг/га). Под влиянием кобальта в семенах озимого рапса увеличилось
содержание азота с 2,97 до 3,35%, фосфора - с 1,63 до 1,74%, калия - с
1,01 до 1,15% и сырого жира-с 44,76 до 47,52%.
Проведение внекорневой подкормки растений озимой пшеницы
кобальтовьпии микроудобрениями позволило значительно повысить ее
18
продуктивность, в среднем за три года исследований прибавка зерна
составила 4,6 ц/га при 39,2 ц/га на фоне. Кроме прямого действия на
урожайность озимой пшеницы, микроудобрения оказывали заметное
влияние на химический состав и качество зерна. Одним из важнейших
качественных показателей зерна является содержание в нем клейковины.
Согласно полученным данным, внекорневая подкормка кобальтом
повьпцала ее содержание на 3,6%. Под влиянием кобальта улучшились и
другие показатели качества зерна: повысилась стекловидность, масса 1000
зерен, увеличилось содержание белка. Существенные изменения
произошли и в химическом составе зерна. Концентрация кобальта в зерне
увеличилась на 37,5% по сравнению с фоном, азота - на 13,8% и фосфора
-на 11,3%.
В другом опыте изучалось влияние различных доз внекорневой
подкормки кобальтовыми микроудобрениями на урожайность и качество
семян озимого рапса.
Установлено, что во все годы исследований от применения кобальта
наблюдался положительный эффект. Однако урожай семян озимого рапса
по годам имел значительные колебания, что было вызвано погодными
условиями. Весна и лето 2002 года отличались засулшивой погодой,
осадков выпало соответственно на 57 и 60% меньше среднемноголетних, а
в оптимальный для сева период (август) осадки отсутствовали. В
дальнейшем недостаток влаги в почве отрицательно сказался на росте и
развитии растений озимого рапса и формировании урожая. В 2003 г.
урожай семян на всех вариантах опыта был почти на 50 % ниже, чем в
предыдущие годы (табл. 12).
Таблица 12
Влияние кобальтовых микроудобрений на урожайность озимого рапса
Варианты
опыта
Ф о н - N127P20K24
2001
19,6
20,5
21,5
23,9
20,6
Годы
2002
20,4
21,6
23,0
25,0
21,1
2003
10,3
11,4
13,8
12,6
11,0
В
среднем
16,8
17,8
19,4
20,5
17,6
Фон + Со, 0,03
Фон + Со, 0,15
Фон + Со, 0,30
Фон + Со, 0,60
1,7
1,0
HCPcs (ц'га)
1,6
Примечание: Дозы микроэлемента приведены в кг/га
вещества.
Прибавка
ц/га
%
1,0
2,6
3,7
0,8
6,0
15,5
22,0
4,8
действующего
Внесение кобальтовых микроудобрений в дозе 0,03 кг д.в./га не
оказывало заметного влияния на продуктивность озимого рапса. На этом
19
варианте получены статистически недостоверные прибавки урожая семян
по сравнению с фоном.
Наиболее эффективной оказалась доза микроудобрения 0,30 кг
д.в./га, которая в годы исследований обеспечивала прибавку урожая семян
озимого рапса 4,3; 4,6 и 2,3 ц/га, а в среднем за 3 года - 3,7 ц/га.
Дальнейшее повышение дозы микроудобрения до 0,6 кг д.в./га не
способствовало росту продуктивности.
По результатам трехлетних наблюдений урожай семян на данном
варианте был примерно на уровне фонового варианта. По-видимому,
повьппенная концентрация кобальта блокировала поступление катионов в
растения, что нарушало оптимальные соотношения между элементами и
проявлялось в угнетении роста и развития растений.
Внекорневая подкормка растений озимого рапса кобальтовыми
микроудобрениями оказывала также существенное влияние на химический
состав и качество семян (табл. 13).
Под действием кобальта в семенах рапса содержание азота
повысилось с 2,68% до 3,02%, фосфора с 1,73 до 1,86%, сырого протеина с
16,2% до 19,0 % и кобальта с 0,13 до 0,34 мг/кг. Внекорневая подкормка
растений озимого рапса кобальтом положительно отразилась также на
масличности семян и выходе масла с 1 гектара. Кроме этого, с
повышением дозы кобальтового микроудобрения в семенах рапса
происходило снижение содержания марганца и железа.
Таблица 13
Влияние кобальтовых микроудобрений на качество и химический состав
семян озимого рапса (в среднем за три года)
Вариант
опыта
он N127P20K24
он + Со, 0,03
он + Со, 0,15
он + Со, 0,30
он + Со, 0,60
N,
%
2,68
2,75
2,92
2,97
3,02
Со,
Мп,
Fe, Маслич- Сырой
мг/кг
мг/кг
мг/кг
ность, % протеин,
%
на абсолюпю сухое веществ 0
%
16,2
0,13
45,2
1,73
24,9
92,8
1,75
0,16
25,7
82,0
47,1
18,2
1,84
0,22
23,2
76,3
47,5
18,8
1,85
0,34
23,6
67,3
49,6
19,0
1,86
0,31
22,5
65,5
50,3
18,9
Р2О5,
Выход
масла,
кг/га
644,4
734,8
802,4
892,8
774,6
Полученные данные свидетельствуют о том, что обоснованное
применение кобальтовых микроудобрений способствует повышению
урожайности сельскохозяйственных культур и оптимизации химического
состава конечной продукции.
20
Выводы
1. Концентрация кобальта в почвообразующих породах региона
определяется их генезисом, минералогическим, химическим и
гранулометрическим составом. Наиболее распространенные породы по
уровню содержания микроэлемента располагаются в следующий
убывающий ряд: водно-ледниковые карбонатные безвалунные
глины>моренные карбонатные валунные суглинки>озерно-ледниковые
глины>моренные валунные суглинки>моренные валунные супеси и
пески.
2. Содержание кобальта в почвенно-грунтовых водах колеблется в
пределах от 0,82 до 1,72 мкг/дм' и обусловлено особенностями
химического состава почвообразующих пород и почв. Наиболее
высокой его концентрацией характеризуются почвенно-грунтовые воды
западной части области.
3. Пространственная
и
вертикальная
дифференциация дерновоподзолистых,
дерновых,
аллювиальных
и
болотных
почв
агроландшафтов по содержанию кобальта определяется направлением и
глубиной
почвообразовательного
процесса,
их
химикоминералогическим и гранулометрическим составом, свойствами и
особенностями природно-климатических условий почвообразования.
Распределение кобальта в почвенном профиле происходит под
влиянием биогенно-аккумулятивных и элювиальных процессов,
которые количественно выражаются через коэффициенты почвенной
дифференциации.
4 Распределение кобальта в почвах агроэкосистем неоднородно. Среди
исследуемых почв наиболее высокой
концентрацией подвижного
кобальта характеризуются аллювиальные, болотные и дерновые почвы,
более низкой - дерново-подзолистые.
5. Основными факторами, определяющими содержание подвижного
кобальта в гумусово-аккумулятивном горизонте дерново-подзолистых
почв, являются гранулометрический состав, реакция почвенной среды,
содержание гумуса и его качественный состав.
6. Почвы разных сельскохозяйственных угодий содержат неодинаковое
количество кобальта. В почвах пахотных угодий содержание кобальта
ниже, чем в сенокосно-пастбищных, что обусловлено большей
замкнутостью круговорота биогенных элементов в последних.
7. Содержание и поведение кобальта в системе почва-порода связано с
другими микроэлементами. Это позволило выделить геохимические
ассоциации накопления и рассеяния их в почвах, характеризующие
21
особенности
геоморфологического
строения
территории,
литологического состава почвообразуюпщх пород и почвенного
покрова.
8. На основании изучения пространственного распределения кобальта в
почвах на территории области выделяются три провинции,
различающиеся
по
ландшафтно-экологическим
условиям
почвообразования: северная с относительно высоким содержанием
кобальта, восточная - со средним и западная, наиболее обедненная
элементом.
9. Содержание кобальта в сельскохозяйственных культурах зависит от
видовых особенностей растений, типа почв, а также от их
гранулометрического состава и агрохимических свойств. Среди культур,
возделываемых в агроценозах области, повышенной концентрацией
микроэлемента характеризуется люцерна, кормовые бобы и озимый
рапс.
10. Анализ многолетних данных агроэкологического мониторинга показал,
что содержание кобальта в основных звеньях агроэкосистемы (почва,
растения) не превышает ПДК. Абсолютное большинство почв (93,6 % )
являются низкообеспеченными подвижным кобальтом, что вызывает
вьфаженный дефицит микроэлемента в продукции растениеводства.
11. В целях оптимизации кобальтового режима в агроценозах
целесообразно применение кобальтовых микроудобрений, что
позволяет повысить урожайность сельскохозяйственных культур на
11,7-22,0 % и содержание этого элемента в продукции растениеводства
в 1,5-1,6 раза.
Предложения производству
В целях повышения продуктивности и улучшения качества
сельскохозяйственной продукции кобальтовые микроудобрения наиболее
целесообразно применять для предпосевной обработки семян и
внекорневой подкормки растений. Возможность совмещения этих методов
с протравливанием семян, подкормкой и внесением пестицидов сводит к
минимуму затраты на внесение микроудобрений.
Согласно данным наших исследований, для предпосевной обработки
семян озимого рапса и кормовых бобов рекомендуется использовать
сернокислый или хлористый кобальт в дозах соответственно 100-120 и
150-180 г физического веса на гектарную норму. Для внекорневой
подкормки озимого рапса и озимой пшеницы рекомендуемая доза
составляет 120-150 г/га.
22
Список работ, опубликованных по теме диссертации
1. Новикова СИ. Зависимость содержания подвижного кобальта от
агрофизических и агрохимических свойств дерново-подзолистых почв //
Актуальные проблемы сельского хозяйства: Сб. науч. тр. КГТУ.
Калининград, 2001. Ч. 1. С. 191-197.
2. Новикова СИ. Распространение кобальта в агрофитоценозах
Калининградской области // Актуальные проблемы сельского хозяйства:
Сб. науч. тр. КГТУ. Калининград, 2001. Ч. 2. С. 175-180,
3. Панасин В.И., Новикова СИ. Содержание кобальта в кормах
Калининградской области. Инф. листок Калининградского ЦНТИ № 27013-02.2002.
4. Панасин В.И., Новикова СИ. Взаимосвязь подвижного кобальта с
агрофизическими и агрохимическими свойствами дерново-подзолистых
почв Инф. листок Калининградского ЦНТИ № 27-006-02. 2002.
5. Новикова СИ. Содержание кобальта в почвенно-грунтовых водах
Калининградской области // I Агрономическая научно-практическая
конференция студентов, аспирантов и молодых ученых (11-12 апреля 2002
г.): Тез. докл. Калининград: Изд-во КГТУ, 2002. С. 11.
6. Новикова СИ. Распределение кобальта в системе «почва растение» // I Агрономическая научно-практическая конференция
студентов, аспирантов и молодьпс ученых (11-12 апреля 2002 г.): Тез. докл.
Калининград: Изд-во КГТУ, 2002. С. 12.
7. Рымаренко Д.А., Панасин В.И., Новикова СИ. Региональные
особенности
гумусного
состояния
дерново-подзолистых
почв
Калининградской области // FV съезд Докучаевского съезда почвоведов:
Тез. докл. Новосибирск, 2004.
8. Новикова СИ., Панасин В.И, Рымаренко Д.А. Распространение
кобальта в дерново-подзолистых почвах Калининградской области // IV
съезд Докучаевского съезда почвоведов: Тез. докл. Новосибирск, 2004.
9. Панасин В.И, Новикова СИ. Особенности накопления и
рассеяния кобальта в почвах Калининградской области // Вестник КГУ.
2004. Вып. 5, С. 70-75.
Ю.Новикова СИ, Рымаренко Д.А. Зависимость подвижности
кобальта от группового и фракционного состава гумуса дерновоподзолистьпс почв // Современные проблемы сельского хозяйства: Сб.
науч. тр. КГТУ. Калининград, 2002. С. 125-130.
23
"^9402
РНБ Русский фонд
2006-4
21716
Новикова Светлана Ивановна
Эколого-агрохимические аспекты
распространения кобальта в агроэкосистемах
Калининградской области
Автореферат диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
Подписано в печать 07.10.05. Формат 60x90 1/16.
Бумаг для множительных аппаратов. Ризограф.
Усл. печ. л. 1,4. Уч. изд. л. 1,4. Тираж 100 экз. Заказ 220
Издательство Российскогогосударственногоуниверситета им. И. Канта
236041, г. Калининград, ул. А. Невского, 14.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
2
Размер файла
1 081 Кб
Теги
bd000102019
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа