Дипломная работа: Микроэлементы (цинк, железо, марганец) в системе "почва-растение" при возрастающих дозах внесения фосфорных удобрений

По данным А. Н. Аристархова (2000), 95.5% от площади 44 млн. га плодородных почв страны содержат недостаточное количество подвижных форм Zn.

Поскольку фосфор – один из главных элементов питания растений и постоянно вносится в возделываемую почву, его взаимодействие с цинком, как в самой почве, так и в растениях, становится одной из основных причин дефицита цинка в последних.

По данным ВНИИА на 1 января 2005 года пахотные почвы России характеризуются в основном средней обеспеченностью подвижным фосфором.Доля пахотных почв со средним и повышенным содержанием подвижного фосфора составляет 57.0% от обследованной площади. Вместе с тем, ещё имеются отдельные регионы, где преобладают почвы с низким содержанием подвижного фосфора. Всего пахотных почв с низким содержанием подвижного фосфора было 23.0 млн. га, что составляет 21.5% от обследованной площади.

Все субъекты Северо-Западного округа (кроме Вологодской области), где преобладают дерново-подзолистые почвы, имеют значительные пахотные площади с высоким и очень высоким содержанием подвижного фосфора (от 40.2% в Псковской области до 82.4% в Республике Карелия). В Центральном округе только 3 субъекта имеют более 40% таких почв (Московская область - 76.0%, Брянская - 62.0%, Тверская 47.3%).

Казалось бы, что в последнее время изучение проблем, связанных с интенсивным применением минеральных удобрений в нашей стране, не вполне актуально. Однако даже при общем резком снижении уровня применения минеральных удобрений, остались регионы (Кубань, Татарстан), где применение удобрений сохранилось на прежнем уровне. По данным Бакирова (2009) на 90-е годы ХХ века (когда в большинстве регионов удобрения не применяли) приходился пик применения удобрений в Татарстане – до 130 кг д.в. на га.

В 13 субъектах России одновременно с сокращением площадей пахотных почв с высоким содержанием подвижного фосфора увеличиваются площади с очень низким и низким содержанием. В общей сложности по 27 субъектам площадь пахотных почв с низкой обеспеченностью фосфором увеличилась на 478.7 тыс. га.

Около 30% территорий мира, занятых под сельское хозяйство, обладают почвами с низкой доступностью для растений железа (Chen, Barak, 1982) и около 50% территорий, используемых для выращивания зерновых культур, - низкой доступностью цинка (Graham, Welch, 1996).

Состояние в почвах и обеспеченность растений цинком, марганцем и железом зависит от уровня фосфатов в почве, от доз внесения фосфорных удобрений. Наиболее часто встречающаяся ситуация (по данным Аристархова) – недостаточное количество цинка, обуславливающее дефицит его в растениях. По тем же данным, даже на хорошо обеспеченных подвижными формами цинка почвах при интенсивном ведении сельскохозяйственного производства рекомендуется применять цинковые микроудобрения. В существующих градациях по обеспеченности почв к группе высоко обеспеченных относятся почвы, содержащие более 5 мг/кг наиболее мобильных соединений элемента. Верхняя граница допустимого количества – ПДК, равная 23 мг/кг. Большинство исследователей изучает состояние цинка в системе почва-растение либо при выраженной недостаточности цинка в почвах, либо при моделировании его загрязнения в единицах, кратных ПДК. Диапазон значений содержания цинка в почве от 5 до 23 мг/кг, как правило, выпадает. Однако, при попадании концентрации цинка в этот диапазон возможно проявление его фитотоксического действия, особенно на чувствительные культуры, что может служить поводом для пересмотра существующих ПДК.

В связи с этим, целью работы послужило изучение состояния цинка, железа и марганца в дерново-подзолистой высоко обеспеченной элементом почве и их накопления растениями ячменя при внесении возрастающих доз фосфорных удобрений.

Задачами работы стали:

· оценка влияния возрастающих доз фосфорных удобрений на агрохимическую характеристику дерново-подзолистой почвы

· оценка состояния цинка, железа и марганца в почве опыта (валовое содержание и подвижные формы)

· изучение эффективности цинковых микроудобрений для ячменя на высоко обеспеченных элементом и фосфатами почвах

· изучение эффективности возрастающих доз фосфорных удобрений для растений ячменя на высоко обеспеченной цинком и фосфатами почве

· оценка накопления микро- и макроэлементов растениями ячменя на высоко обеспеченной цинком и фосфатами почве

· изучение влияния возрастающих доз фосфорных удобрений и Zn-микроудобрения на содержание Zn, Fe, Mn, P и N в растениях ячменя.

Глава 1. Обзор литературы

1.1 Металлы в почве

1.1.1. Цинк

Основным источником цинка в почве являются материнские породы. Дополнительными источниками служат атмосферные осадки (пыль и аэрозоли – коллоидные частицы в сухом состоянии или с дождями) и агрохимические средства (удобрение, известкование). Почвы на речных поймах получают микроэлементы из потока воды и оседающих частиц. Все из этих источников могут сильно отличаться по значимости и приводить к тому, что в почвах будут широкие диапазоны содержания микроэлементов. Пространства в почве, в которых сконцентрирован цинк, доступный для корней растений или миграционноспособный, определяются рядом почвенных свойств (Alloway, 2004).

Рисунок 1

При растворении минералов Zn в процессе выветривания образуется подвижный ион Zn²⁺ , особенно в кислых окислительных средах. Однако Zn легко адсорбируется как минералами, так и органическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв наблюдается его аккумуляция в поверхностных горизонтах (рис.) (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

Дополнительный приход цинка в почву возможен в зонах воздействия различных промышленных производств (Софронов, 2003). Как отмечают И. И. Судницын и И. И. Сашина, загрязнение почв веществами, содержащими цинк, систематически происходит вблизи автомагистралей. С дождевыми осадками и ветром мелкие частицы, содержащие цинк, могут переноситься на различные расстояния и оседать на поверхности почвы, листьях растений. Затем (в процессах реакций обмена и замещения, адсорбции, аккумуляции, миграции) происходит поглощение цинка растениями либо его накопление в почве и перемещение вниз по профилю. Накопление происходит в виде гидроксидов, карбонатов, сульфидов и органических комплексов. Однако кислотность среды способствует растворимости цинка, и при высокой концентрации его подвижные формы выщелачиваются, что приводит к дефициту цинка для растений. Органическое вещество способно связывать цинк в устойчивые формы, вследствие чего он накапливается в верхних горизонтах культурных и органогенных почв (Судницын, Сашина, 2006).

По обобщённым данным А. Кабата-Пендиас и Х. Пендиаса (1989), средние содержания Zn в поверхностных слоях почв различных стран изменяются в пределах 17—125 мг/кг. Эти значения могут рассматриваться как фоновые содержания Zn. Наибольшие средние величины установлены для некоторых аллювиальных почв, солончаков и каштанозёмов, а наиболее низкие — для светлых минеральных и органических почв. Баланс Zn в поверхностных слоях почв в различных экосистемах показывает, что атмосферное поступление этого металла превышает его вынос за счет выщелачивания и образования биомассы.

Основной и наиболее подвижной формой Zn в почвах считается Zn²⁺ , однако в почвах могут присутствовать и некоторые другие ионные формы (рис.2) (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989)

Рисунок 2

Цинк наиболее подвижен и биологически доступен в кислых легких минеральных почвах. Как установлено Норришем (цитировано по Кабата-Пендиас, Пендиасу, 1989), фракция Zn, связанная с оксидами Fe и Mn, по-видимому, более доступна растениям. Растворимость и доступность Zn в почвах обнаруживают отрицательную корреляцию со степенью насыщенности кальцием и с содержанием соединений фосфора. Эти соотношения могут отражать как влияние адсорбции и осаждения, так и взаимодействие между этими элементами. Кроме того, в области высоких значений pH необходимо учитывать влияние на растворимость и доступность Zn, образования растворимых Zn-органических комплексов и комплексных анионных форм Zn (рис.3).

Однако твёрдой и жидкой фазами почв может осуществляться иммобилизация цинка в процессах изоморфного замещения ионов в первичных и вторичных минералах, образования труднорастворимых соединений элемента, специфической адсорбции его органическими и неорганическими компонентами почвы с образованием прочных связей координационного типа, окклюзии оксидами и гидроксидами железа, алюминия, марганца и кремния, поглощения и включения в состав тканей живой фазы почвы (Переломов, Пинский, 2005). Как отмечает И. Г. Юлушев (1999), недостаток цинка возможен в первую очередь на карбонатных почвах.

??????? 3