Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ В ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЭХИНАЦЕИ ПУРПУРНОЙ (ECHINACEA PURPUREA MOENCH. )

Симонович Е.И. 1 Гончарова Л.Ю. 2 Шиманская Е.И. 1
1 Научно-исследовательский институт биологии Южного федерального университета
2 Южный федеральный университет, кафедра почвоведения и оценки земельных ресурсов
В результате исследований установлено, что различные удобрения оказывают различное влияние на содержание тяжелых металлов в черноземе обыкновенном при возделывании Эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea Moench.). Содержание Cu в июле на варианте с «Поконом» снижается, а в сентябре на варианте с «Белогором» достоверно уменьшается по сравнению с контролем в 1,1 раз. Содержание Zn в почвенных образцах на варианте с «Белогором» увеличивается к концу вегетации эхинацеи по сравнению с контролем в 1,1 раза. «Лигногумат» и «Покон», наоборот, вызывают снижение концентрации Zn в черноземе обыкновенном. При внесении удобрений наблюдается снижение содержания MnO на варианте с «Поконом», но в последействии его количество возрастает, особенно на вариантах с «Белогором». Выявлен положительный эффект влияния применения удобрений («Белогор», «Лигногумат» и «Покон») на урожайность и на биологическую активность чернозема обыкновенного под эхинацеей пурпурной. Результаты исследований показали, что удобрения активизируют ферментативную активность почвы в течение трех месяцев после внесения. Наивысшая каталазная активность отмечена для вариантов с «Лигногуматом» и «Белогором», на которых получена максимальная урожайность в данном опыте. Установлено, что фитотоксичность чернозема обыкновенного под растениями эхинацеи пурпурной разного возраста не одинакова: с увеличением возраста токсичность почвы снижается. Продуктивность эхинацеи пурпурной увеличилась в 1,2 раза по сравнению с контролем, что позволяет говорить о перспективах использования концентрата микроорганизмов «Белогор» с целью повышения урожайности ценных лекарственных растений.
тяжелые металлы
удобрения
Белогор
Лигногумат
Покон
эхинацея пурпурная
фитотоксичность
урожайность
ферментативная активность
1. Анищенко Л.В., Федяева В.В., Шишлова Ж.Н. Рост и развитие эхинацеи пурпурной при интродукции на Нижнем Дону // Сохранение и воспроизводство растительного компонента биоразнообразия: материалы международной конференции посвященной 75-летию Ботанического сада РГУ (Ростов-на-Дону, 28-31 мая, 2002 г.) - Ростов-на-Дону, 2002 - С. 172-175.
2. Анищенко Л.В., Федяева В.В., Шишлова Ж.Н. Опыт выращивания эхинацеи пурпурной на Нижнем Дону // С эхинацеей в третье тысячелетие: материалы международной научной конференции (Полтава, 25-28 сентября, 2003 г.) - Полтава, 2003 - С. 5-8.
3. Использование удобрений в культуре эхинацеи пурпурной / Л.Ю. Гончарова, Е.И. Симонович, Л.В. Бурлуцкая, С.В. Сахарова // Удобрения, мелиоранты и средства защиты растений в современном земледелии: материалы научной конференции (пос. Персиановский, 13-14 мая 2010 г.) - пос. Персиановский, 2010. - С. 204-209.
4. Сахарова С.В., Гончарова Л.Ю., Симонович Е.И. Агрохимические аспекты применения удобрений в культуре эхинацеи пурпурной (Echinacea purpurea Moench.) // Инновационные направления исследований в селекции и технологии возделывания масляничных культур: Сборник материалов 6-й международной конференции молодых ученых и специалистов (Краснодар, 24-25 февраля 2011 г.) - Краснодар, 2011. - С. 270-273.
5. Симонович Е.И., Гончарова Л.Ю. Влияние биологических активизаторов почвенного плодородия на биологическую активность чернозема обыкновенного под агроценозом многолетних трав. // Известия вузов. Сев.-Кавк. Регион. Естеств. Науки. - 2011. - № 3. - С. 62-65.
6. Хазиев Ф.Х. Ферментативная активность почв. - М., 1976. - 180 с.
7. Хазиев Ф.Х. Системно-экологический анализ ферментативной активности почв. - М., 1982. - С. 36-37, 62-73.

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.


Библиографическая ссылка

Симонович Е.И., Гончарова Л.Ю., Шиманская Е.И. ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ НЕКОТОРЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И БИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ В ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ ЭХИНАЦЕИ ПУРПУРНОЙ (ECHINACEA PURPUREA MOENCH. ) // Фундаментальные исследования. – 2012. – № 9-1. – С. 69-72;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=30177 (дата обращения: 05.12.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074