Введение
Основными критериями современного растениеводства являются ресурсоэнергоемкость, экологическая устойчивость, природоохранность и рентабельность. При ведении сельскохозяйственного производства важна не только продукционная, но и средообразующая, ресурсовосстанавливающая, почвозащитная и почвоулучшающая агротехнология (Дышко, 2023). Для России, где свыше 70 % сельскохозяйственных земель находятся в зоне температурного и водного дефицита, способность растений обеспечивать устойчивую продуктивность в неблагоприятных и даже экстремальных условиях среды имеет первостепенное значение.
Жидкий навоз – это сложное удобрение. При определении дозы следует исходить, прежде всего, из потребности растений в основных элементах питания (Кольга и др., 2017; Бобренко и др., 2018, 2019, 2023; Комякова и др., 2020). Однако при неграмотном использовании жидких отходов животноводства в качестве удобрений происходит перенасыщение пахотного слоя почвы питательными веществами, а также увеличение содержания в нем подвижных форм тяжелых металлов (ТМ) и металлоидов (Тиво, 2019; Бобренко и др., 2021а).
Актуальность темы заключается в том, что с увеличением дозы внесения бесподстилочного навоза повышаются риски роста токсичности почвы в результате накопления таких ТМ, как Zn, Pb, Cd, Hg и др., способных к миграции в ландшафте (Тарасов и др., 2020; Тарасов, 2020а). Поскольку ТМ поступают в организм человека и травоядных животных в основном с растительной пищей, исследования особенностей содержания, накопления и поведения ТМ в почвах приобретают важное значение (Тарасов и др., 2018; Тарасов, 2020б).
Цель исследования – агроэкологическая оценка поведения Hg и As в системе «почва – растение» в результате применения жидкого органического удобрения (ЖОУ) на основе свиного бесподстилочного навоза (СБН).
Материалы
Согласно требованиям ГОСТ 17.4.3.06-2020, краткосрочные исследования не позволяют достоверно определить влияние длительного систематического применения высоких доз бесподстилочного навоза на изменение физических, агрохимических, токсикологических, биологических свойств почвы, на урожайность сельскохозяйственных культур, качество, безопасность продукции растениеводства. В вязи с этим исследования проводились в 2015–2017 гг. на опытном поле ООО «РУСКОМ-Агро» Кормиловского района Омской области в рамках Проекта на применение жидких органических удобрений с учетом естественного плодородия почв в подзоне южной лесостепи Омской области на лугово-черноземной почве (Бобренко и др., 2018, 2019; Погуляй и др., 2018).
Название почвы: лугово-черноземная глубокосолончаковатая маломощная среднегумусовая, расположена в южной лесостепной зоне Западной Сибири. По морфологическим признакам лугово-черноземная почва в пределах первого метра не отличается от черноземов. Для почвенного профиля характерны: глыбисто-комковатая структура и трещиноватое сложение. По мощности гумусового слоя (28 см) относится к маломощным. Содержание гумуса в слое 0–28 см – 5.9 % (среднегумусовая почва); с глубиной его содержание резко уменьшается и в горизонте В1 его уже 1.8 %. В горизонте Апах в составе поглощенных оснований преобладает кальций – 23.6–20.4 мг-экв/100 г, рН водной вытяжки равна 6.8.
Глубина залегания грунтовых вод – 3.5–4 м. По структурному составу почва является хорошо агрегатированной (по результатам определения количества водопрочных агрегатов методом «мокрого» агрегатного анализа, водопроницаемости почвы – методом трубок по Качинскому); по водопрочности – средневодопрочной и, следовательно, агрономически ценной. Почвообразующие породы – покровные карбонатные и засоленные тяжелые суглинки и глины.
В опыте изучали действие и последействие (в течение двух лет) ЖОУ на основе СБН на урожайность и качество зерна, а также на содержание ртути (Hg) и мышьяка (As) в почве, миграцию данных элементов в сельскохозяйственную культуру (сорт пшеницы мягкой яровой Памяти Азиева) и накопление их в зерне. Предшественником яровой пшеницы являлся горох. Закладку опыта, все учеты и наблюдения производили по общепринятым методикам. Агротехника общепринятая для зоны. Опыт был заложен в трехкратной повторности. Размер каждой делянки: ширина 6 м, длина 20 м. Расположение делянок систематическое. Срок внесения органического удобрения – май в год действия перед посевом; подача ЖОУ СБН производилась с помощью дизельной насосной станции JD 6068HF158 c насосом Cornell 4NHTB по шланговой системе с использованием культиватора с инжектированием. Отбор растительных образцов (корни, зеленая масса / солома, зерно) был приурочен к фазам цветения и полной спелости, а почвенных – в октябре соответствующего года действия и двух лет последействия органического удобрения. ЖОУ СБН вносилось на все делянки с разной нормой внесения по схеме полевого опыта, кроме первого – контроля. Схема опыта: 1) без удобрений (контроль); 2) 50 т/га; 3) 100 т/га; 4) 150 т/га; 5) 200 т/га; 6) 250 т/га; 7) 300 т/га. Физико-химические свойства ЖОУ на основе СБН представлены в табл. 1.
Таблица 1. Физико-химические свойства жидких органических удобрений на основе свиного бесподстилочного навоза
| Год | Сухое в-во, % | рН | Орг. в-во, % | Содержание элементов питания, % | Валовое содержание ТМ, мг/кг сухого в-ва | |||||
| NОБЩ | Р2О5 | К2О | Pb | Cd | Hg | As | ||||
| Жидкая фракция свиного навоза | ||||||||||
| 2015 | 0.5 | 8.3 | 1.7 | 0.24 | 0.03 | 0.1 | 5.73 | 0.71 | 0.007 | 1.0 |
| Твердая фракция свиного навоза | ||||||||||
| 2015 | 26.1 | 8.2 | 81.0 | 0.58 | 0.97 | 0.2 | 1.58 | 0.34 | 0.01 | 1.2 |
Методы
Валовое содержание и формы соединений Hg и As в почве в слой почвы 0–20 см определено методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (ААС). Легкодоступные формы: подвижные (обменные) – в вытяжке аммонийно-ацетатного буфера (ААБ) при pH 4.8 (при соотношении почва:раствор 1:5, время экстракции 18 часов), характеризующие актуальный запас элементов в почве; водорастворимые, извлекаемые дистиллированной водой; кислоторастворимые – извлекаемые 1М раствором HNO3 (Методические указания…, 1992). Тяжелые металлы в растениях определены методом мокрого озоления в смеси кислот HNO3 + HCl с последующим определением на ААС.
Статистическая обработка данных включала расчет среднего арифметического значения и стандартной ошибки среднего и была произведена с помощью программного обеспечения StatSoft, Inc. (2011) Statistica (data analysis soft ware sys tem), version 10.
Результаты
В результате физико-химического исследования ЖОУ СБН установлено, что концентрация сухого вещества в нем составляет 0.8 %, содержание тяжелых металлов (мг/кг сух. в-ва): Pb – 5.73, Cd – 0.71, Hg – 0.007, As – 1.0. В соответствии с нормативными документами (ГОСТ Р 17.4.3.07-2001, ГОСТ Р 53117-2008) при применении органических удобрений на основе отходов животноводства нормативами для вышеперечисленных ТМ и металлоидов являются (не более мг/кг): Pb – 130, Cd – 2, Hg – 2.1, As – 10. Таким образом, применяемое ЖОУ СБН с санитарных и экологических позиций является безопасным и пригодным для использования в сельскохозяйственном обороте (Бобренко и др., 2021б; Бобренко и др., 2022).
Исследованием установлено, что оптимальная доза жидкой фракции свиного навоза на лугово-черноземной почве под яровую пшеницу – 200 т/га (Бобренко и др., 2022; Шалак, 2023). Яровая пшеница в условиях лесостепи Омской области за вегетацию сформировала урожайность в среднем за годы исследований без внесения удобрений 2.70 т/га, при внесении удобрений – 3.06–4.14 т/га. Наиболее эффективным было применение 200 т/га – прибавка урожая составила 1.43 т, или 53.02 %. Увеличение дозы до 250 т/га было менее эффективно, а при внесении 300 т/га отмечалось существенное снижение урожайности культуры по сравнению с дозой 200 т/га (рис. 1).
Рис. 1. Урожайность яровой пшеницы при действии и последействии ЖОУ СБН на лугово-черноземной почве в условиях юга Западной Сибири (2015–2017 гг.)
iFig. 1. The yield of spring wheat under the action and aftereffect of liquid organic fertilizer based on pig manure in meadow-chernozem soil in the conditions of the south of Western Siberia (2015–2017)
Применение ЖОУ СБН приводит к увеличению валового содержания мышьяка и ртути и форм их соединений в слой 0–20 см (табл. 2).
Таблица 2. Содержание форм соединений Hg и As в почве (мг/кг) при применении жидких органических удобрений на основе свиного бесподстилочного навоза
| Вариант опыта | Металл / формы соединений1 | |||||||
| Hg | As | |||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 1 | 2 | 3 | 4 | |
| 2015 год (действие) | ||||||||
| Контроль | 0.014±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 6.2± 0.87 | 0.006±0.001 | 0.015±0.001 | 1.05±0.12 |
| 50 т/га | 0.014±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 6.3± 0.77 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.05±0.1 |
| 100 т/га | 0.015±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 6.5± 0.74 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.41±0.1 |
| 150 т/га | 0.015±0.002 | менее 0.0002 | 0.005±0.001 | менее 0.0002 | 6.6± 0.71 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.45±0.14 |
| 200 т/га | 0.017±0.002 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.7± 0.67 | 0.006±0.001 | 0.015±0.002 | 1.47±0.14 |
| 250 т/га | 0.018±0.002 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.8± 0.72 | 0.006±0.001 | 0.016±0.002 | 1.45±0.16 |
| 300 т/га | 0.019±0.003 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.9± 0.77 | 0.007±0.001 | 0.019±0.004 | 1.5±0.18 |
| 2016 год (1-й год последействия) | ||||||||
| Контроль | 0.012±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 4.6± 0.7 | 0.004±0.001 | 0.015±0.001 | 1.05±0.1 |
| 50 т/га | 0.012±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 4.9± 0.77 | 0.005±0.001 | 0.015±0.002 | 1.15±0.12 |
| 100 т/га | 0.014±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 5.6± 0.64 | 0.005±0.001 | 0.016±0.002 | 1.31±0.15 |
| 150 т/га | 0.014±0.002 | менее 0.0002 | 0.005±0.001 | менее 0.0002 | 5.9± 0.71 | 0.006±0.001 | 0.016±0.002 | 1.4±0.14 |
| 200 т/га | 0.015±0.002 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.3± 0.67 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.4±0.17 |
| 250 т/га | 0.015±0.002 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.7± 0.7 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.45±0.17 |
| 300 т/га | 0.018±0.003 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.9± 0.71 | 0.007±0.001 | 0.019±0.004 | 1.49±0.19 |
| 2017 год (2-й год последействия) | ||||||||
| Контроль | 0.012±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 4.9± 0.7 | 0.005±0.001 | 0.015±0.001 | 1.03±0.1 |
| 50 т/га | 0.012±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 4.9± 0.57 | 0.005±0.001 | 0.015±0.002 | 1.1±0.1 |
| 100 т/га | 0.014±0.002 | менее 0.0002 | 0.004±0.001 | менее 0.0002 | 5.3± 0.64 | 0.005±0.001 | 0.015±0.002 | 1.21±0.17 |
| 150 т/га | 0.014±0.002 | менее 0.0002 | 0.005±0.001 | менее 0.0002 | 5.5± 0.51 | 0.005±0.001 | 0.016±0.002 | 1.3±0.15 |
| 200 т/га | 0.015±0.002 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 5.7± 0.61 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.35±0.15 |
| 250 т/га | 0.015±0.002 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 5.9± 0.62 | 0.006±0.001 | 0.017±0.002 | 1.39±0.16 |
| 300 т/га | 0.018±0.003 | менее 0.0002 | 0.006±0.001 | менее 0.0002 | 6.4± 0.7 | 0.006±0.001 | 0.017±0.003 | 1.45±0.18 |
| Фон3 (мг/кг) | 0.02 | 9.1 | ||||||
| Кларк4 (мг/кг) | 0.12 | 5 | ||||||
| ОДК, мг/кг5 | 10 | |||||||
| ПДК, мг/кг6 | 2.1 | 2 | ||||||
| Нормативы для ЖОУ СБН, не более2 | 2.1 | 10 | ||||||
Примечание. Здесь и в табл. 3 приведены значения среднего арифметического и стандартная ошибка среднего; 1 ‒ 1) валовое содержание; 2) водорастворимые формы (извлекаемые дистил. водой); 3) кислоторастворимые формы (извлекаемые 1М раствором HNO3, для ртути – 1М HCl); 4) обменные формы (извлекаемые ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4.8 (по Крупскому); 2 ‒ нормативы по ГОСТ Р 53117-2008; 3 ‒ региональное фоновое содержание (по: Ежегодник. Обнинск: ГУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2011; О состоянии…, 2010); 4 ‒ кларк в почвах мира по А. П. Виноградову (Виноградов, 1993); 5 ‒ ГН 2.1.7.2511-09; 6 ‒ СанПиН 1.2.3685-21.
Обсуждение
Установлено, что валовое содержание As в почве было максимальным при дозе внесения ЖОУ СБН 300 т/га (6.9 мг/кг). При этом в контрольном варианте содержание As составляло 6.2 мг/кг. Оба значения не превышают фонового для региона (10.0 мг/кг) и ОДК для нейтральных суглинистых и глинистых почв (10.0 мг/кг), но превышают величину ПДК (2.0 мг/кг). В аналогичных условиях содержание Hg на контроле составляло 0.014 мг/кг. Внесение удобрения приводило к возрастанию валового содержания элемента в почве и при дозе внесения 300 т/га составляло 0.019 мг/кг. Содержание Hg во всех вариантах опыта находилось в пределах как фонового значения (0.02 мг/кг), так и ПДК (2.1 мг/кг) (рис. 2, 3). Особенность почв Омской области заключается в том, что при оценке загрязнений необходимо сравнивать результат не с ПДК, а с величиной фона по Омской области, равной 10.0 мг/кг. Поскольку ПДК Hg выше кларка элемента по А. П. Виноградову в 42 раза, ОДК As для нейтральных суглинистых почв выше кларка в 2 раза, а регионального фонового значения в 4.55 раза и ПДК в 2 раза, у ученых и практиков возникает много вопросов по научной обоснованности отечественных нормативов (Безуглова и др., 2012) и требует их корректировки.
Внесение ЖОУ СБН приводило к возрастанию как валового содержания As в почве, так и форм его соединений. Однако в два ближайшие года последействия удобрения отмечена тенденция к уменьшению как валового содержания As в почве, так и форм его соединений. При этом содержание форм соединений данного элемента в почве можно выразить следующим рядом: водорастворимые формы ˂ кислоторастворимые формы ˂ обменные формы. Содержание обменных форм As в почве составляло 16.9–21.7 % от валового содержания элемента в год действия и 21.0–22.8 % – в два ближайшие года последействия. Максимальным оно было при внесении в почву ЖОУ СБН в дозе 300 т/га. Содержание водорастворимых форм As в год действия и в два ближайшие года последействия не превышало 0.11 %, а кислоторастворимых форм – 0.28 % от валового содержания элемента.
Рис. 2. Накопление мышьяка в лугово-черноземной почве при максимальной дозе внесения ЖОУ СБН (300 т/га) в год внесения удобрения (2015 г.)
Fig. 2. Accumulation of arsenic in meadow-chernozem soil at the maximum dose of liquid organic fertilizer based on pig manure (300 t/ha) per year of fertilization (2015)
Рис. 3. Накопление ртути в лугово-черноземной почве при максимальной дозе внесения ЖОУ СБН (300 т/га) в год внесения удобрения (2015 г.)
Fig. 3. Accumulation of mercury in meadow-chernozem soil at the maximum dose of liquid organic fertilizer based on pig manure (300 t/ha) per year of fertilization (2015)
Аналогично мышьяку внесение ЖОУ СБН приводило к возрастанию как валового содержания Hg в почве, так и форм его соединений. Ввиду ограниченной чувствительности прибора не удалось наблюдать динамику содержания водорастворимых и обменных форм Hg в почве. Однако кислоторастворимые формы, как и валовое содержание, с увеличением дозы внесения ЖОУ СБН имели тенденцию к накоплению. При этом содержание форм соединений данного элемента в почве можно выразить следующим рядом: водорастворимые формы ≈ обменные формы ˂ кислоторастворимые формы. В отличие от мышьяка при внесении ЖОУ СБН в почве накапливаются кислоторастворимые формы ртути; их содержание составляло 28.6–31.6 % от валового содержания элемента в год действия (в зависимости от дозы внесения ЖОУ СБН) до 33.3 % – в два ближайшие года последействия.
Таким образом, накопление Hg и As в почве в год внесения (2015 г.) и в два года последействия (2016–2017 гг.) носило относительно стабильный характер. С увеличением дозы внесения ЖОУ СБН валовое содержание Hg и As в почве в год внесения пропорционально возрастало. Внесение удобрения в дозе 300 т/га привело к увеличению валового содержания Hg в 1.36 раза, а As – 1.1 раза по сравнению с контрольным вариантом. Несмотря на то что валовое содержание Hg в почве увеличивалось, содержание водорастворимых форм было незначительным (менее 0.2 мкг/кг). Содержание обменных форм ртути также было менее 0.2 мкг/кг. Изучение содержания исследуемых элементов в почве в два года последействия ЖОУ СБН показало, что валовое содержание и содержание форм соединений носило тенденцию к снижению. Это может быть объяснено несколькими причинами, например, выносом элементов с урожаем, а также трансформацией форм соединений элементов с протекающими в почве различными процессами. Сравнительные данные свидетельствуют, что превышений ПДК/ОДК по изучаемым элементам как в год действия, так и в два года последействия ЖОУ СБН не отмечалось. Поскольку ртуть, как правило, концентрируется в верхнем слое почв, так как связана с уровнем содержания органики, железа, серы (Гладышев, 2000), то контроль за поступлением элемента имеет очень важное экологическое значение.
Установлено, что для растений пшеницы характерен акропетальный характер накопления Hg и As. Распределение данных элементов по органам пшеницы как на контрольной почве, так и на почве с использованием ЖОУ СБН было следующим: корни > солома > зерно.
Содержание Hg в корнях в фазу цветения на контрольном варианте было минимальное – 0.3 мкг/кг; максимум – при внесении удобрения в дозе 300 т/га – 0.33 мкг/кг (табл. 3).
Таблица 3. Содержание Hg и As в растениях яровой мягкой пшеницы Памяти Азиева при применении жидких органических удобрений на основе свиного бесподстилочного навоза
| Вариант опыта | Металл / вегетативный орган1 | |||||
| Hg (мкг/кг) | As (мг/кг) | |||||
| 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | |
| 2015 год (действие) | ||||||
| Фаза цветения | ||||||
| Контроль | 0.3±0.031 | 0.015±0.001 | ─ | 0.16±0.01 | 0.026±0.002 | ─ |
| 50 т/га | 0.27±0.03 | 0.017±0.001 | ─ | 0.14±0.01 | 0.021±0.002 | ─ |
| 100 т/га | 0.31±0.03 | 0.017±0.002 | ─ | 0.16±0.01 | 0.024±0.002 | ─ |
| 150 т/га | 0.31±0.03 | 0.019±0.002 | ─ | 0.17±0.01 | 0.027±0.003 | ─ |
| 200 т/га | 0.3±0.03 | 0.021±0.002 | ─ | 0.15±0.01 | 0.023±0.002 | ─ |
| 250 т/га | 0.32±0.03 | 0.02±0.002 | ─ | 0.18±0.01 | 0.026±0.002 | ─ |
| 300 т/га | 0.33±0.03 | 0.026±0.003 | ─ | 0.19±0.02 | 0.029±0.003 | ─ |
| Фаза полной спелости | ||||||
| Контроль | 0.3±0.031 | 0.017±0,002 | 0.005 | 0.16±0.01 | 0.029±0.003 | 0.021±0.002 |
| 50 т/га | 0.3±0.03 | 0.021±0,002 | 0.01 | 0.14±0.01 | 0.026±0.002 | 0.02±0.002 |
| 100 т/га | 0.33±0.03 | 0.021±0,002 | 0.006 | 0.16±0.01 | 0.026±0.002 | 0.019±0.002 |
| 150 т/га | 0.33±0.03 | 0.024±0,002 | 0.006 | 0.17±0.01 | 0.029±0.003 | 0.02±0.001 |
| 200 т/га | 0.31±0.03 | 0.026±0,003 | 0.01 | 0.15±0.01 | 0.027±0.002 | 0.018±0.001 |
| 250 т/га | 0.34±0.03 | 0.025±0,003 | 0.005 | 0.16±0.01 | 0.03±0.003 | 0.019±0.002 |
| 300 т/га | 0.36±0.03 | 0.028±0,003 | 0.007 | 0.16±0.02 | 0.03±0.003 | 0.015±0.001 |
| 2016 год (1-й год последействия) | ||||||
| Фаза цветения | ||||||
| Контроль | 0.28±0.03 | 0.015±0.001 | ─ | 0.13±0.01 | 0.021±0.002 | ─ |
| 50 т/га | 0.3±0.03 | 0.015±0.001 | ─ | 0.14±0.01 | 0.021±0.002 | ─ |
| 100 т/га | 0.29±0.03 | 0.017±0.002 | ─ | 0.14±0.01 | 0.02±0.002 | ─ |
| 150 т/га | 0.3±0.03 | 0.019±0.002 | ─ | 0.12±0.01 | 0.019±0.001 | ─ |
| 200 т/га | 0.31±0.03 | 0.02±0.002 | ─ | 0.15±0.01 | 0.022±0.002 | ─ |
| 250 т/га | 0.31±0.03 | 0.02±0.002 | ─ | 0.17±0.01 | 0.022±0.002 | ─ |
| 300 т/га | 0.31±0.03 | 0.021±0.002 | ─ | 0.17±0.02 | 0.025±0.003 | ─ |
| Фаза полной спелости | ||||||
| Контроль | 0.3±0.028 | 0.017±0.001 | 0.009 | 0.15±0.01 | 0.026±0.003 | 0.02±0.001 |
| 50 т/га | 0.3±0.03 | 0.015±0.001 | 0.01 | 0.14±0.01 | 0.025±0.002 | 0.02±0.002 |
| 100 т/га | 0.31±0.03 | 0.019±0.002 | 0.01 | 0.16±0.01 | 0.025±0.002 | 0.016±0.002 |
| 150 т/га | 0.3±0.03 | 0.02±0.002 | 0.008 | 0.16±0.01 | 0.027±0.002 | 0.019±0.001 |
| 200 т/га | 0.33±0.03 | 0.021±0.002 | 0.01 | 0.15±0.01 | 0.027±0.003 | 0.018±0.001 |
| 250 т/га | 0.33±0.03 | 0.02±0.002 | 0.009 | 0.18±0.01 | 0.026±0.003 | 0.02±0.002 |
| 300 т/га | 0.31±0.03 | 0.023±0.002 | 0.008 | 0.19±0.02 | 0.028±0.003 | 0.017±0.001 |
| 2017 год (2-й год последействия) | ||||||
| Фаза цветения | ||||||
| Контроль | 0.26±0.029 | 0.013±0.001 | ─ | 0.11±0.01 | 0.017±0.002 | ─ |
| 50 т/га | 0.27±0.025 | 0.013±0.001 | ─ | 0.13±0.01 | 0.019±0.002 | ─ |
| 100 т/га | 0.25±0.021 | 0.015±0.002 | ─ | 0.13±0.01 | 0.02±0.002 | ─ |
| 150 т/га | 0.28±0.03 | 0.019±0.002 | ─ | 0.12±0.01 | 0.018±0.002 | ─ |
| 200 т/га | 0.28±0.03 | 0.021±0.002 | ─ | 0.15±0.01 | 0.02±0.002 | ─ |
| 250 т/га | 0.3±0.03 | 0.021±0.002 | ─ | 0.14±0.01 | 0.02±0.002 | ─ |
| 300 т/га | 0.3±0.03 | 0.022±0.002 | ─ | 0.15±0.02 | 0.023±0.002 | ─ |
| Фаза полной спелости | ||||||
| Контроль | 0.28±0.026 | 0.013±0.001 | 0.01 | 0.13±0.01 | 0.019±0.002 | 0.021±0.001 |
| 50 т/га | 0.28±0.029 | 0.012±0.001 | 0.008 | 0.14±0.01 | 0.021±0.002 | 0.021±0.002 |
| 100 т/га | 0.3±0.03 | 0.015±0.001 | 0.01 | 0.14±0.01 | 0.02±0.002 | 0.019±0.002 |
| 150 т/га | 0.3±0.03 | 0.018±0.002 | 0.009 | 0.15±0.01 | 0.022±0.002 | 0.015±0.001 |
| 200 т/га | 0.3±0.03 | 0.02±0.002 | 0.01 | 0.15±0.01 | 0.023±0.002 | 0.017±0.001 |
| 250 т/га | 0.3±0.03 | 0.02±0.002 | 0.01 | 0.14±0.01 | 0.023±0.002 | 0.019±0.002 |
| 300 т/га | 0.31±0.03 | 0.022±0.002 | 0.009 | 0.17±0.01 | 0.025±0.003 | 0.019±0.001 |
| ПДК, мг/кг2 | 0.03 | 0.2 | ||||
| ДУ, мг/кг3 | 0.03 | 0.2 | ||||
Примечание. 1 ‒ 1) корни; 2) зеленая масса / солома; 3) зерно; 2 ‒ решение Комиссии таможенного союза ЕЭС от 09.12.2011; 3 ‒ Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 14.11.2001 № 36.
В зеленой массе содержание Hg было в пределах от 0.015 (на контроле) до 0.026 мкг/кг (при максимальной дозе внесения ЖОУ СБН). Полная спелость показала схожую тенденцию по содержанию Hg в корнях и соломе по сравнению с фазой цветения. Содержание Hg зерне как в год действия, так и в два года последействия находилось в пределах от 0.005 до 0.01 мкг/кг и не зависело от дозы вносимого в почву удобрения. Содержание элемента на контроле находилось в этих же пределах. При этом данные величины не выходили за пределы требований нормативных документов по содержанию Hg в зерне.
При внесении удобрения содержание As в корнях в фазу цветения на контрольном варианте было минимальным (0.16 мг/кг), а максимум был при дозе внесения удобрения 300 т/га – 0.19 мг/кг. При этом в зеленой массе содержание мышьяка было от 0.026 на контроле до 0.029 мг/кг при максимальной дозе внесения удобрения. В фазу восковой спелости зерна в корнях в год действия удобрения было отмечено снижение концентрации металла. При этом отмечалась тенденция накопления мышьяка в соломе по сравнению с фазой цветения. В зерне содержание варьировало от 0.021 до 0.015 мг/кг. В следующие два года последействия наблюдалось уменьшение содержания As в органах растений как по фазам вегетации, так и по вариантам внесения и по годам опыта.
Результаты исследований биологических объектов (корни, солома, зерно пшеницы) свидетельствуют, что значительная часть Hg, As задерживалась в корнях растений, что указывает на существование защитных барьеров, препятствующих их поступлению и накоплению в генеративных органах. Большее по сравнению с другими частями растений накопление металлов в корнях, вероятно, может быть объяснено тем, что при проникновении в плазму происходит инактивация и депонирование значительных их количеств в результате образования малоподвижных соединений с органическим веществом. Поглощенные корнями элементы находятся в свободном клеточном пространстве или используются в процессах метаболизма.
Показателем степени накопления элементов растениями является коэффициент биологического поглощения (КБП). КБП – это отношение содержания элемента в золе растений (Р) к валовому содержанию его в почве (П): КБП = Р/П. КБП позволяет косвенно судить о степени доступности элемента для растений и его поведении в системе «почва – растение» (Дегтярёв, 2024). В соответствии с величиной КБП Hg и As относятся к группе элементов слабого и очень слабого захвата (табл. 4). Таким образом, на протяжении жизни данные элементы лишь захватываются организмом пшеницы, но не накапливаются.
Таблица 4. КБП Hg и As органами растений при применении жидких органических удобрений на основе свиного бесподстилочного навоза
| Вариант опыта | Металл / вегетативный орган | |||||
| Hg | As | |||||
| корни | солома | зерно | корни | солома | зерно | |
| 2015 год (действие) | ||||||
| Контроль | 0.021 | 0.0012 | 0.0004 | 0.03 | 0.005 | 0.003 |
| 50 т/га | 0.021 | 0.0015 | 0.0007 | 0.02 | 0.004 | 0.003 |
| 100 т/га | 0.022 | 0.0014 | 0.0004 | 0.02 | 0.004 | 0.003 |
| 150 т/га | 0.022 | 0.0016 | 0.0004 | 0.03 | 0.004 | 0.003 |
| 200 т/га | 0.018 | 0.0015 | 0.0006 | 0.02 | 0.004 | 0.003 |
| 250 т/га | 0.018 | 0.0014 | 0.0003 | 0.02 | 0.004 | 0.003 |
| 300 т/га | 0.018 | 0.0015 | 0.0003 | 0.02 | 0.004 | 0.002 |
| 2016 год (1-й год последействия) | ||||||
| Контроль | 0.025 | 0.0014 | 0.0008 | 0.03 | 0.006 | 0.004 |
| 50 т/га | 0.025 | 0.0012 | 0.0008 | 0.03 | 0.005 | 0.004 |
| 100 т/га | 0.022 | 0.0013 | 0.0007 | 0.03 | 0.004 | 0.003 |
| 150 т/га | 0.021 | 0.0014 | 0.0006 | 0.03 | 0.005 | 0.003 |
| 200 т/га | 0.022 | 0.0014 | 0.0007 | 0.02 | 0.004 | 0.003 |
| 250 т/га | 0.022 | 0.0013 | 0.0006 | 0.03 | 0.004 | 0.002 |
| 300 т/га | 0.017 | 0.0013 | 0.0004 | 0.03 | 0.004 | 0.002 |
| 2017 год (2-й год последействия) | ||||||
| Контроль | 0.012 | 0.006 | 0.0005 | 0.03 | 0.004 | 0.004 |
| 50 т/га | 0.018 | 0.008 | 0.0005 | 0.02 | 0.004 | 0.004 |
| 100 т/га | 0.021 | 0.01 | 0.0007 | 0.03 | 0.004 | 0.004 |
| 150 т/га | 0.021 | 0.013 | 0.0006 | 0.03 | 0.004 | 0.003 |
| 200 т/га | 0.02 | 0.013 | 0.0007 | 0.03 | 0.004 | 0.003 |
| 250 т/га | 0.02 | 0.013 | 0.0007 | 0.02 | 0.003 | 0.003 |
| 300 т/га | 0.017 | 0.012 | 0.0005 | 0.03 | 0.004 | 0.003 |
Оценивая величину КБП, следует отметить, что наблюдается тенденция накопления в вегетативных органах более значительных количеств поллютанта, чем в генеративных. В связи с этим более информативным критерием оценки количества металлов, перешедших из почвы в растения, является коэффициент накопления (Кн), или коэффициент биологической (биогеохимической) подвижности (Дьяконов и др., 1996). Он рассчитывается как отношение содержания элемента в золе растений (РЗ) к содержанию его подвижных форм в почве (ППФ), так как именно они доступны растениям: Кн = РЗ/ППФ. При использовании ЖОУ на основе СБН установлено некоторое увеличение Кн в корневой системе и в зеленой массе (солома), но уменьшение в зерне для Hg и As, что, вероятно, обусловлено защитной реакцией растений на избыток элементов в почве. Наиболее значимое уменьшение характерно для обменных форм мышьяка (табл. 5).
Таблица 5. Коэффициент накопления (КН) обменных форм As органами растений при применении жидких органических удобрений на основе свиного бесподстилочного навоза
| Вариант опыта | КН (ААБ) | ||
| корни | солома | зерно | |
| 2015 год (действие) | |||
| Контроль | 0.12 | 0.02 | 0.02 |
| 50 т/га | 0.13 | 0.02 | 0.02 |
| 100 т/га | 0.11 | 0.018 | 0.013 |
| 150 т/га | 0.12 | 0.02 | 0.014 |
| 200 т/га | 0.10 | 0.018 | 0.012 |
| 250 т/га | 0.11 | 0.02 | 0.013 |
| 300 т/га | 0.11 | 0.02 | 0.01 |
| 2016 год (1-й год последействия) | |||
| Контроль | 0.13 | 0.022 | 0.017 |
| 50 т/га | 0.12 | 0.021 | 0.017 |
| 100 т/га | 0.12 | 0.019 | 0.012 |
| 150 т/га | 0.11 | 0.019 | 0.013 |
| 200 т/га | 0.10 | 0.019 | 0.012 |
| 250 т/га | 0.12 | 0.017 | 0.013 |
| 300 т/га | 0.12 | 0.018 | 0.011 |
| 2017 год (2-й год последействия) | |||
| Контроль | 0.12 | 0.018 | 0.02 |
| 50 т/га | 0.13 | 0.019 | 0.019 |
| 100 т/га | 0.12 | 0.017 | 0.016 |
| 150 т/га | 0.12 | 0.017 | 0.012 |
| 200 т/га | 0.11 | 0.017 | 0.013 |
| 250 т/га | 0.1 | 0.017 | 0.014 |
| 300 т/га | 0.12 | 0.017 | 0.013 |
Следует отметить, что оценка накопления различных элементов в растениях, полученных на основе показателей КБП и Кн, неоднозначна. Это связано с тем, что растения могут использовать не только обменные формы элементов (экстракция ААБ), но и другие подвижные формы, содержание которых увеличивается с ростом загрязнения. Таким образом, при расчете Кн желательно оценивать содержание всей группы подвижных соединений элементов, включая обменные, комплексные и специфически сорбированные формы (экстракция 1М HCl за минусом количества ТМ, извлекаемых ААБ).
Одним из показателей накопления элементов растениями является величина биологического выноса ТМ с урожаем. Биологический вынос с основной и побочной продукцией определяется величиной урожая, содержанием металлов в растениях, а также биологическими особенностями возделываемых культур (табл. 6).
Таблица 6. Вынос Hg и As из почвы (г/га) с урожаем при применении жидких органических удобрений на основе свиного бесподстилочного навоза
| Вариант опыта | Элемент | |
| Hg | As | |
| Контроль | 0.00002 | 0.059 |
| 50 т/га | 0.00008 | 0.062 |
| 100 т/га | 0.00002 | 0.059 |
| 150 т/га | 0.00002 | 0.064 |
| 200 т/га | 0.00004 | 0.073 |
| 250 т/га | 0.00003 | 0.076 |
| 300 т/га | 0.00002 | 0.058 |
Зерно яровой мягкой пшеницы при применении ЖОУ в оптимальной дозе удобрения 200 т/га выносит Hg в среднем за 3 года 0.004 % от валового содержания его в почве, но 13.5 % от общего количества данного элемента, поступившего в почву с ЖОУ. Вынос As с урожаем пшеницы (зерно + солома) в среднем за 3 года составил 0.005 % от валового содержания в почве, или 19.1 % от общего количества данного элемента, поступившего в почву с ЖОУ. Ввиду того, что значительная часть металлов концентрируется в корнях, вынос элементов с урожаем одновременно сопровождался возвратом части этих же элементов в почву. Оставшиеся ТМ в почве со временем вымываются и тем самым загрязняют нижние горизонты почвы. Регулярное внесении высоких доз удобрений может привести не только к увеличению содержания ТМ, но и к их накоплению в почве. Избыточное накоплении ТМ будет приводить к эрозии почвы, изменению ее состава. Также это повлечет за собой снижение урожайности и накопление в зерне ТМ.
Заключение
Содержание ртути и мышьяка в лугово-черноземной маломощной среднегумусной почве ООО «РУСКОМ-Агро» Кормиловского муниципального района Омской области не превышает ОДК и ПДК.
Концентрация сухого вещества в ЖОУ на основе СБН составляет 0.8 %, содержание тяжелых металлов (мг/кг сух. в-ва): Hg – 0.007, As – 1.0, что с санитарных и экологических позиций является безопасным и пригодным для использования в сельскохозяйственном обороте.
Внесение ЖОУ на основе СБН в качестве органического удобрения ведет к увеличению содержания в почве Hg, As как в год действия, так и в ближайшие годы последействия. Поскольку внесение 200 т/га органического удобрений в лугово-черноземную почву под яровую пшеницу, хотя и обеспечивает максимальный прирост урожая, приводит к умеренному увеличению валового содержания ртути и мышьяка (в 1.21 и 1.08 раза соответственно), эта доза должна быть установлена как предельная, обеспечивающая экологическое благополучие.
Внесение ЖОУ на основе СБН в качестве органического удобрения ведет к повышению содержания Hg, As во всех органах сорта яровой мягкой пшеницы Памяти Азиева (корень, солома, зерно) в период вегетации и сбора урожая. Распределение элементов по органам пшеницы как на контрольной, так и на почве с использованием ЖОУ на основе СБН следующее: корни > солома > зерно. Корни являются защитным барьером, препятствующим поступлению и накоплению металлов в генеративных органах.
В результате биологического выноса элементов с урожаем происходит изменение их содержания в почве во времени. Вынос элементов с зерном в год действия и два ближайшие года последействия не превышает 0.01 % от валового содержания их в почве и 15 % от количества, поступившего с органическими удобрениями. Регулярное бессистемное внесении высоких доз ЖОУ на основе СБН может привести к их накоплению в почве и изменению ее состава и свойств.
Библиография
Безуглова О. С., Околелова А. А. О нормировании содержания мышьяка в почвах // Живые и биокосные системы. 2012. № 1. URL: https://doi.org/10.18522/2308-9709-2012-1-7 (дата обращения: 10.05.2025).
Бобренко И. А., Гоман Н. В., Кормин В. П., Трубина Н. К. Использование бесподстилочного свиного навоза в земледелии Омской области: рекомендации производству . Омск: Изд-во ФГБОУ ВО ОмГАУ им. П. А. Столыпина, 2021б. 44 с. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=48083300 (дата обращения: 10.05.2025).
Бобренко И. А., Гоман Н. В., Кормин В. П., Шалак И. О. Использование свиного бесподстилочного навоза для оптимизации питания зерновых культур . Омск: Изд-во ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2023. 127 с. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=67781796
Бобренко И. А., Гоман Н. В., Кормин В. П., Шмидт А. Г. Влияние свиного бесподстилочного навоза на продуктивность картофеля на лугово-черноземной почве южной лесостепи Омской области // Достижения науки и техники АПК. 2019. Т. 33, № 3. С. 23–25.
Бобренко И. А., Гоман Н. В., Трубина Н. К., Кормин В. П., Шалак И. О. Применение органических удобрений на основе твердой фракции свиного бесподстилочного навоза при возделывании яровой пшеницы // Вестник Омского государственного аграрного университета. 2021а. № 1 (41). С. 5–12. DOI: 10.48136/2222-0364_2021_1_5
Бобренко И. А., Гоман Н. В., Трубина Н. К., Шмидт А. Г. Оптимизация применения свиного бесподстилочного навоза под ячмень на лугово-черноземной почве южной лесостепи Западной Сибири // Земледелие. 2018. № 7. С. 23–25. DOI: 10.24411/0235-2451-2018-10706
Бобренко И. А., Шалак И. О., Гоман Н. В., Трубина Н. К., Кормин В. П. Эффективность применения свиного бесподстилочного навоза под зерновые культуры // Вестник Омского ГАУ. 2022. № 1 (45). С. 13–19. DOI: 10.48136/2222-0364_2022_1_13
Виноградов Б. В. Биотические критерии выделения зон экологического бедствия России // Известия РАН. Серия географическая. 1993. № 5. С. 13–27.
Гладышев В. П. Хемодинамика и мониторинг ртути в окружающей среде // Материалы Симпозиума «Контроль и реабилитация окружающей среды» / Под общ. ред. М. В. Кабанова, Н. П. Солдаткина. Томск: Изд.-во «Спектр» Института оптики атмосферы СО РАН, 2000. С. 34–38.
ГН 2.1.7.2511-09. Гигиенические нормативы. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве . М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2009. 10 с. URL: https://ohranatruda.ru/upload/iblock/708/4293828439.pdf (дата обращения: 10.05.2025).
ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений . М.: Стандартинформ, 2008. 5 с.
ГОСТ Р 53117-2008. Удобрения органические на основе отходов животноводства. Технические условия . (Aктуализ. 01.07.2023). М.: Стандартинформ, 2020. 15 с.
ГОСТ 17.4.3.06-2020. Охрана природы. Почвы. Общие требования к классификации почв по влиянию на них химических загрязняющих веществ . М.: Стандартинформ, 2020. 14 с.
Дегтярёв А. П. Коэффициенты биологического накопления как основа биохимической классификации химических элементов // Междисциплинарный научный и прикладной журнал «Биосфера». 2024. Т. 16, № 1. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/koeffitsienty-biologicheskogo-nakopleniya-kak-osnova-biohimicheskoy-klassifikatsii-himicheskih-elementov/viewer (дата обращения: 10.05.2025).
Дышко В. Н. Современные проблемы и инновационные технологии в агрономии: Курс лекций для магистров . Смоленск: ФГБОУ ВО Смоленская ГСХА, 2023. 118 с.
Дьяконов К. Н., Касимов Н. С., Тикунов В. С. Современные методы географических исследований . М.: АО «Издательство «Просвещение», 1996. С. 62–64. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=40347123 (дата обращения: 10.05.2025).
Ежегодник. Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2010 году . Обнинск: ГУ «ВНИИГМИ-МЦД», 2011.
Кольга Д. Ф., Васько А. С. Переработка навоза в экологически безопасные органические удобрения . Минск: БГАТУ, 2017. 128 с.
Комякова Е. М., Антонова О. И. Состав навоза КРС и свиней, особенности использования и перспективы переработки // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2020. № 6 (188). С. 63–68.
Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продуктах растениеводства.. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: ЦИНАО, 1992. 63 с.
О состоянии и об охране окружающей среды Омской области в 2009 году : / Правительство Омской обл., М-во сельского хоз-ва и продовольствия Омской обл.; . Омск: Омскбланкиздат, 2010. 200 с.
Погуляй И. О., Николаева Д. А. Влияние жидкого свиного навоза на урожайность зерна яровой пшеницы в условиях Омской области // I региональная (заочная) научно-практическая конференция молодых ученых и обучающихся, посвященная 100-летию Омского государственного аграрного университета. Омск: Изд-во ФГБОУ ВО Омский ГАУ, 2018. С. 323–327.
Постановление Главного государственного санитарного врача РФ от 14.11.2001 № 36 (ред. от 06.07.2011) «О введении в действие Санитарных правил» (вместе с «СанПиН 2.3.2.1078-01. 2.3.2. Продовольственное сырье и пищевые продукты. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы» . URL: https://lyceum7rzd.ru/upload/medialibrary/834/SanPiN-2.3.2.1078_01.pdf (дата обращения: 10.05.2025).
Решение Комиссии таможенного союза ЕЭС от 09.12.2011 № 874 «О принятии технического регламента Таможенного союза «О безопасности зерна» . URL: https://www.alta.ru/tamdoc/11sr0874/#pr2 (дата обращения: 10.05.2025).
СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания. Таблица 4.1. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве . URL: https://docs.cntd.ru/document/573500115 (дата обращения 10.05.2025).
Тарасов С. И. Зарубежный опыт экологически безопасного использования бесподстилочного навоза // Техника и технологии в животноводстве. 2020а. № 2. С. 69–79.
Тарасов С. И. Проблемные аспекты использования побочной продукции животноводства // Техника и технологии в животноводстве. 2020б. № 3. С. 89–97.
Тарасов С. И., Мёрзлая Г. Е. Использование бесподстилочного навоза. Приоритетные направления исследований. Сообщение 2. Производство бесподстилочного навоза. Актуальные направления исследований // Плодородие. 2018. № 6. С. 53–55. DOI: 10.25680/S19948603.2018.105.17
Тарасов С. И., Кравченко М. Е., Бужина Т. А. Влияние длительного регулярного применения бесподстилочного навоза на плодородие, экологическую безопасность дерново-подзолистой супесчаной почвы // Техника и технологии в животноводстве. 2020. № 2 (38). С. 90–99.
Тиво П. Ф. Загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами, содержащимися в животноводческих стоках // Мелиорация. 2019. № 1 (87). URL: https://melio.belal.by/jour/article/viewFile/132/116 (дата обращения: 10.05.2025).
Шалак И. О. Использование свиного бесподстилочного навоза для оптимизации питания зерновых культур в южной лесостепи Западной Сибири : Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. Омск, 2023. 24 с. URL: https://ssaa.ru/science/dissovet_99.2.117.03/2023/SHalak_IO/5-1.pdf.
Благодарности
Автор выражает благодарность кафедре агрохимии и почвоведения Омского государственного аграрного университета им. П. А. Столыпина за предоставленные результаты агрохимических исследований и данные полевых опытов в ООО «РУСКОМ-Агро» 2015–2017 гг.
© 2011 - 2026