С биологической активностью почвы тесно взаимосвязаны ее физические и химические свойства. Интегральным показателем биологических процессов в почве можно считать ее гумусное состояние. Следует отметить, что физические и химические свойства характеризуют относительно консервативные накопившиеся признаки и свойства почв; биология почв располагает показателями, которые отражают динамические свойства, являющиеся индикаторами состояния почв [7].
Валовой или элементный состав микроэлементов позволяет в некоторой степени судить о потенциальном плодородии почв. Растениям доступна только часть (и не всегда большая) находящихся в почве элементов питания растений. Элементы, входящие в кристаллические решетки алюмосиликатов, в состав труднорастворимых соединений или в состав негидролизуемых компонентов гумусовых веществ, становятся доступными растениям только после их мобилизации, то есть после полного или частичного разрушения исходной структуры и перехода элемента в форму легкорастворимого соединения. Тем не менее, валовое содержание элемента показывает, как долго та или иная почва потенциально может обеспечивать растения при условии полной мобилизации запасов [6].
К тяжелым металлам относят более 40 металлов периодической системы Д.И. Менделеева с атомной массой свыше 50 атомных единиц: V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cd, Sn, Hg, Pb, Bi и др. Таким образом, элементы, рассматриваемые нами как микроэлементы, являются одновременно и тяжелыми металлами.
Эхинацея пурпурная (Echinacea purpurea Moench.) - ценное лекарственное растение. Род эхинацеи включает пять видов травянистых растений, которые в диком виде встречаются в приатлантических районах Северной Америки и Мексики. Это многолетние корневищные растения с прямым стеблем до 1-1,5 м высоты с красивыми пурпурными соцветиями. Имеет специфический вкус и запах. Наземная и подземные части эхинацеи служат сырьем для промышленного получения препаратов иммуномодулирующего действия. Выпускаемые из нее препараты представляют собой извлечения из всех частей как свежего, так и высушенного растения [1; 2].
Цель настоящих исследований - изучить воздействие различных видов удобрений («Белогор», «Лигногумат» и «Покон») на содержание некоторых тяжелых металлов и биологическую активность почвы в черноземе обыкновенном под эхинацеей пурпурной и урожайность этой лекарственной культуры.
Материал и методы исследования
Исследования проводились на территории Ботанического сада ЮФУ, с мая по сентябрь 2009-2011 гг. под лекарственным растением - эхинацеей пурпурной (Echinacea purpurea Moench.) на черноземе обыкновенном.
Изучали 3 вида удобрений - микробиологическое удобрение (концентрат микроорганизмов) «Белогор» производства ООО «Научно-технологического центра биологических технологий в сельском хозяйстве» (г. Шебекино Белгородской области), «Лигногумат К» марка БМ производства «Научно-производственное объединение «Реализация экологических технологий» (Санкт-Петербург), «Покон» жидкое минеральное удобрение с микроэлементами производства Голландия.
Концентрат микроорганизмов «Белогор» серии КМ-104 содержит комплекс молочно-кислых, пропионово-кислых бактерий, дрожжи и фитопатогенные культуры микроорганизмов родов Bacillus и Pseudomonas, а также бактериальные продукты метаболизма, макро- и микроэлементы, необходимые для жизнедеятельности микроорганизмов и полезные для развития растений. Его состав включает элементы: общий азот - 1,4%, общий фосфор - 0,9%, общий калий - 1,5%, Zn - 55 мг/кг, Mn - 31 мг/кг , Mg - 9,6 мг/кг, Fe - 5,7 мг/кг, Cu - 7,1 мг/кг, Se - 1,0 мг/кг, B - 6,0 мг/кг, Mo - 2,7 мг/кг.
В составе «Лигногумата К» марки БМ содержание солей гуминовых веществ - 18%. рH = 8,5-10,0. Массовая доля сухих веществ: К = 9%, S = 3%, Fe = 0,2%, Mn = 0,12%, Cu = 0,12%, Zn = 0,12, Mo = 0,015%, B = 0,15%, Co = 0,12%, а также присутствуют Ca, Si, Mg.
Состав «Покона»: N = 7% (2,9% - нитратный; 1,8% - аммиачная форма; 2,3% - в форме мочевины), P2O5 водорастворимый - 3%, K2O водорастворимый - 7%, B - 0,02%, Cu - 0,004%, Fe - 0,04%, Mn - 0,02%, Mo - 0,002%, Zn - 0,004%.
Изучение эффективности удобрений проводили по следующей схеме, включающей варианты: 1 - контроль, 2 - концентрат микроорганизмов «Белогор», 3 - «Лигногумат К» марка БМ, 4 - жидкое минеральное удобрение «Покон» с микроэлементами. Повторность вариантов - 3-кратная. Полив проводили поверх растений раствором удобрений (100 мл/10 л воды) из расчета 400 л/га (эта концентрация рекомендована производителями удобрений). Растения контрольного участка поливали таким же количеством воды. Почвенные образцы отбирали по вариантам опыта через 1 месяц и через 3 месяца после внесения удобрений.
Валовое содержание тяжелых металлов в порошковых пробах проводили методом рентгенофлуоресцентного анализа на «Спектроскане Макс GV». Активность каталазы определяли методом Ф.Х. Хазиева (1976). Фитотоксичность почвы определяли методом биотеста с использованием семян редиса [6; 5]. Данные по активности прорастания семян были переведены в условные единицы УКЕ (условные кумариновые единицы).
Результаты исследования и их обсуждение
Результаты рентгенофлуоресцентного анализа почвы выявили, что внесение разных видов удобрений снижало содержание Cr на всех вариантах опыта по сравнению с контролем, что можно объяснить более интенсивным поглощением этого элемента растениями эхинацеи и формированием большей фитомассы (табл. 1).
Достоверных различий между вариантами опыта и контролем по содержанию Со не было установлено (см. табл. 1). Содержание никеля в почве оставалось на одном уровне с контролем во всех вариантах. Несколько пониженное содержание относительно контроля было отмечено для варианта с удобрением «Белогор», а для варианта с удобрением «Покон» наблюдалось повышенное содержание. Также как и для кобальта достоверных различий между вариантами опыта не было установлено. Содержание Cu в июле на варианте с «Поконом» снижалось, а в сентябре на варианте с «Белогором» достоверно уменьшалось по сравнению с контролем в 1,1 раз. На варианте с «Лигногуматом» изменение концентрации меди не наблюдалось, достоверных различий с контролем не было установлено. Содержание Zn в почвенных образцах на варианте с «Белогором» увеличивалось к концу вегетации эхинацеи по сравнению с контролем в 1,1 раза. «Лигногумат» и «Покон», наоборот, вызывали снижение концентрации Zn в черноземе обыкновенном. При внесении удобрений наблюдалось снижение содержания MnO на варианте с «Поконом», но в последействии его количество возрастало, особенно на вариантах с «Белогором» (см. табл. 1).
Таблица 1
Валовое содержание тяжелых металлов (ppm) в черноземе обыкновенном (0-25 см, 2009-2011 гг, усредненные данные)
|
Элемент |
ПДК |
Июль |
Сентябрь |
||||||
|
Вариант 1 Контроль |
Вариант 2 Белогор |
Вариант 3 Лигногумат |
Вариант 4 Покон |
Вариант1 Кон троль |
Вариант 2 Белогор |
Вариант 3 Лигногумат |
Вариант 4 Покон |
||
|
Cr |
90 |
123,6 |
113,6 |
111,4 |
110,8 |
127,5 |
103,0 |
111,1 |
116,4 |
|
Co |
|
11,0 |
11,0 |
10,9 |
10,2 |
10,6 |
9,3 |
10,6 |
11,8 |
|
Ni |
85 |
52,1 |
51,7 |
52,0 |
51,1 |
51,0 |
49,6 |
52,1 |
54,8 |
|
Cu |
55 |
48,6 |
46,8 |
46,7 |
45,0 |
46,3 |
41,6 |
48,2 |
48,7 |
|
Zn |
100 |
88,2 |
86,8 |
88,5 |
86,2 |
87,5 |
96,3 |
83,1 |
83,4 |
|
MnO |
|
803,2 |
820,0 |
829,3 |
795,1 |
765,0 |
807,9 |
798,6 |
774,1 |
Результаты исследований показали, что изучаемые удобрения активизировали ферментативную активность почвы в течение трех месяцев после внесения. Так, активность каталазы увеличивалась в 1,8-2,9 раза на всех вариантах, по сравнению с контролем при внесении удобрений (табл. 2). Наивысшая каталазная активность была отмечена для вариантов с «Лигногуматом» и «Белогором», на которых была получена максимальная урожайность в данном опыте (см. табл. 2).
Таблица 2
Каталазная активность чернозема обыкновенного под эхинацеей пурпурной через 3 месяца после внесения удобрений, в среднем за 2009-2011 гг.
|
Вариант опыта |
Каталаза (мл О2 за 1 мин/г почвы) |
|
Контроль |
2,5 |
|
«Белогор» |
5,9 |
|
«Лигногумат» |
7,2 |
|
«Покон» |
4,6 |
Эхинацея характеризируется наличием соединений с высокой биологической активностью: фенольных веществ, органических кислот, сапонинов, эфирных масел и т.д. Эти вещества могут накапливаться в надземных органах, корнях, ризосфере, в почве и выделяться в окружающую среду, определяя уровень токсичности почвы. Изучение токсичности почв под культурой эхинацеи имеет важное значение при ее интродукции с целью создания высокопродуктивных посевов. Через 1 месяц после внесения удобрений токсичность почвы на варианте с удобрением «Белогор» снизилась в 1,8 раза, по сравнению с контролем. При использовании «Лигногумата» и минерального удобрения «Покон» токсичность почвы возросла в 3-6 раза (табл. 3).
В сентябре - через 3 месяца после внесения удобрений - на контроле токсичность почвы не изменилась. На вариантах с «Лигногуматом» и минеральным удобрением «Покон» происходило снижение токсичности почвы в 3 раза. На варианте с «Белогором», наоборот, токсичность почвы увеличивалась в 5 раз. Уровень токсичности почвы на всех вариантах можно оценить как среднюю.
Установлено, что фитотоксичность чернозема обыкновенного под растениями эхинацеи пурпурной разного возраста была не одинакова: с увеличением возраста токсичность почвы снижалась. В 2010 г. под растениями эхинацеи 3-го года развития фитотоксичность почвы на всех вариантах, кроме «Покона», снизилась в 2,5-3,8 раза. На варианте с «Поконом» токсичность почвы наоборот возрастала в 2 раза.
Таблица 3
Фитотоксичность чернозема обыкновенного под эхинацеей пурпурной при внесении удобрений (0-25 см) (средние данные 2009-2010 гг.)
|
Вариант опыта |
Июль 2009 |
Сентябрь 2009 |
Сентябрь 2010 |
|||
|
Количество проросших семян, шт. |
УКЕ |
Количество проросших семян, шт. |
УКЕ |
Количество проросших семян, шт. |
УКЕ |
|
|
Контроль |
63 |
43 |
62 |
47 |
80 |
19 |
|
«Белогор» |
74 |
24 |
34 |
135 |
68 |
35 |
|
«Лигногумат» |
21 |
270 |
44 |
90 |
75 |
24 |
|
«Покон» |
38 |
130 |
61 |
48 |
43 |
100 |
Внесение удобрений под культуру эхинацеи пурпурной положительно повлияло на развитие растений [3; 4].
Учет урожайности сухой массы эхинацеи проводился по вариантам опыта в г/м2 с последующим пересчетом данных в ц/га (табл. 4).
Таблица 4
Урожайность эхинацеи пурпурной (сухая масса, ц/га) на черноземе обыкновенном при внесении удобрений (0-25 см)
|
Вариант опыта |
2009 г. |
2010 г. |
|
Контроль |
3,60 |
41,03 |
|
«Белогор» |
4,51 |
46,26 |
|
«Лигногумат» |
4,15 |
45,24 |
|
«Покон» |
3,65 |
42,93 |
Заключение
Внесение микробиологических и гуматных удобрений увеличивало урожайность эхинацеи пурпурной в 1,1 - 1,2 раза по сравнению с контролем, что позволяет говорить о перспективах использования концентрата микроорганизмов «Белогор» и «Лигногумат». Минеральное удобрение «Покон» не оказало положительного воздействия на урожайность эхинацеи, а также на биологическую активность чернозема обыкновенного под исследуемой культурой по сравнению с микробиологическим и гуматным удобрением.
Рецензенты:
-
Безуглова О.С., д.б.н., профессор кафедры кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов Южный федеральный университет, г. Ростов-на-Дону;
-
Миноранский В.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор кафедры зоологии Южный федеральный университет, кафедра зоологии, г. Ростов-на-Дону.
Работа поступила в редакцию 25.06.2012.