Влияние различных видов вермикомпоста на поведение цезия-137 и тяжелых металлов в системе почва-растение

Актуальность темы

Одним из последствий антропогенного пресса на окружающую среду явилось повсеместное ее загрязнение. Орловская область после аварии на ЧАЭС оказалась подверженной радиационному загрязнению. По сравнению с периодом до 1986 года в наиболее загрязненных районах области уровень радиации увеличился в несколько раз. Основным дозообразую-щим радионуклидом в настоящее время является цезий-137. Опасность для окружающей среды представляют и выбросы промышленных предприятий, содержащих тяжелые металлы. В связи с этим большое значение имеет изучение закономерностей накопления и перераспределения цезия-137 и некоторых тяжелых металлов в системе почва-растение, определение факторов, влияющих на экологическую безопасность растительного сырья.

Накопление тяжелых металлов и радионуклидов в растениях зависит от сложного комплекса факторов, некоторые из них можно регулировать. Например, селекционированием можно вывести сорта некоторых растений, устойчивых к накоплению ксенобиотиков, а увеличением гумусированности почвы — к снижению уровня подвижных форм тяжелых металлов (ТМ) и радионуклидов (РН), следовательно, уменьшению поступления их в растения. Но, селекциони.

• рование не всегда дает желаемый результат, а практика землепользования, особенно интенсивная химизация, привели к излишней минерализации почвы.

К примеру, за последние 2−3 десятилетия содержание гумуса в почвах Нечерноземной зоны РФ уменьшилось на 0,5−0,7 т/га, в ЦентральноЧерноземной полосе на 1,0−1,5 т/га. В настоящее время проблема восстановления гумуса в почве осложнилась дефицитом органических удобрений. В то же время многосторонняя деятельность человеческого общества сопровождается образованием огромного количества отходов, в том числе органических. Использование их в качестве источника органических веществ для почвы, как правило, затруднено по двум причинам — высокого содержания токсичных элементов (некоторые виды осадков сточных вод промышленных предприятий) и малой доступностью для разложения почвенными микроорганизмами (отходы послеуборочной переработки сельскохозяйственных культур, например, лузги семян). В то же время лузга семян после соответствующей переработки может служить источником поступления органических веществ в почву. Наиболее экологически приемлемым и современным способом переработки подобных отходов является вермикомпостирование, в результате которого получается биогумус — продукт, обладающий ценнейшими агроэкологическими свойствами.

В агропромышленном комплексе Орловской области ежегодно образуются сотни тонн лузги семян подсолнечника и гречихи. Последний вид лузги относится к трудноразлагаемым. Исследований по возможности использования этих отходов для производства биогумуса с целью получения экологически безопасной продукции недостаточно.

Имеющиеся данные в литературе освещают в основном вопросы влияния различных видов вермикомпоста, в т. ч. из нетрадиционного сырья, на агроэко-логические свойства почвы и биологическую ценность урожая культур. Установлена также способность биогумуса связывать радионуклиды и тяжелые металлы в недоступное для растений состояние (В.А. Черников, A.M. Алексахин, А. В. Голубев и др., 2000). Практически нет данных по влиянию различных видов вермикомпоста из лузги семян на поведение цезия-137 и некоторых тяжелых металлов в системе почва-растение в зависимости от типа почвы и гидротермических условий, вида выращиваемых растений.

Научная новизна результатов исследования. Впервые проведено комплексное исследование закономерностей поведения радиоактивного цезия-137 и тяжелых металлов в системе почва-растение после внесения в почву новых видов вермикомпоста — из лузги семян гречихи и подсолнечника. Впервые показано, что протекторное действие биогумуса от поступления цезия — 137 в вегетативные органы растений зависит, а в генеративные — не зависит от гидротермических условий выращивания. Протекторное действие вермикомпоста от поступления тяжелых металлов в генеративные органы растений проявляется только при низких значениях гидротермического коэффициента.

Научно-практическая значимость работы. Установлено сравнительное влияние различных видов вермикомпоста на накопление валовых и подвижных форм цезия-137 и тяжелых металлов (свинца, никеля, кадмия, меди) в 0−20см слое двух типов почв (черноземе оподзоленном и темно-серой лесной). Показано влияние вермикомпоста из лузги семян и их композиций с навозом КРС на кумуляцию цезия-137 и ТМ в различных органах растений овса и фасоли, влияние на этот процесс типа почв и гидротермических условий выращивания. Впервые разработан способ получения биогумуса из трудноразлагаемых отходов — лузги семян гречихи. Получен патент на изобретение № 2 205 815″ Способ получения вермикомпоста" по заявке № 2 002 101 182, дата поступления 08.01.02. Приоритет от 08.01.2002. Авторы изобретения Громова B.C., Ткаченко.

0.А.). Выявлены наиболее эффективные виды и композиции биогумуса. Основная цель представленной работы, — оценить влияние вермикомпоста из лузги семян гречихи и подсолнечника, а также из их композиций с навозом КРС, на агроэкологические показатели почвы и способность различных видов растений накапливать радионуклиды и тяжелые металлы в разнообразных почвенных и микроклиматических условиях.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи;

1. Разработать способ подготовки лузги гречихи к вермикомпостированию.

2. Получить биогумус из навоза КРС, лузги семян подсолнечника и гречихи и их композиций с навозом КРС. Провести агроэкологическую и микробиологическую оценку различных видов субстрата и вермикомпоста.

3. Определить влияние различных видов вермикомпоста на агроэкологические показатели почвы.

4. Оценить влияние различных видов вермикомпоста на образование биомассы растений фасоли и овса, содержание в них цезия-137 и тяжелых металлов.

5. Определить значение гидротермических условий, тина почв и последействия различных видов вермикомпоста в кумуляции растениями цезия-137 и тяжелых металлов.

6. Разработать предложения по применению лузги семян подсолнечника и гречихи в качестве субстрата для получения вермикомпоста, видам композиций, наиболее полно отвечающим требованиям получения экологически безопасной растительной продукции.

Положения, выносимые на защиту:

1. Накопление тяжелых металлов и радионуклидов в корнях и вегетативных органах растений зависит от вида растений, типа почвы и гидротермических показателей вегетационного периода, в семенах — в основном от вида растений.

2. Биогумус, полученный при вермикомпостировании лузги семян гречихи и подсолнечника, в большей степени, чем биогумус из навоза КРС, способствует снижению концентрации в растениях фасоли и овса цезия-137 и некоторых тяжелых металлов.

3. Протекторные свойства вермикомпоста более выражены в отношении радиоактивного цезия — 137 и менее — в отношении тяжелых мегаллов.

4. Снижение накопления цезия-137 в генеративных органах проявляется в большей степени, чем в вегетативных.

5. Увеличение значения гидротермического коэффициента способствует снижению защитных свойств вермикомпоста от поступления в семена изучаемых растений тяжелых металлов и в меньшей степени влияет на кумуляцию радиоактивного цезия-137.

Апробация работы. Материалы диссертации доложены на Российской научной конференции «Экология, техника, жизнь: принципы взаимовлияния и развития» (г. Орел, 1999 г.), на Российской научно-практической конференции «Достижение аграрной науки в решении экологических проблем Центральной России» (г. Орел, 1999 г.), на 2 — й Международной научно-практической конференции «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (г. Орел, 1999 г.) — МНПК «Новое в экологии и БЖД» (БГТУ, г. Санкт — Петербург,.

1999, 2001 гг.). По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 — в центральной печати.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 130 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы, 2 схемы, 2 приложения. Состоит из введения, обзора литературы, 4 глав, выводов, списка литературы, включающего 182 источника, в том числе 30 иностранных.

выводы.

1. Применение вермикомпоста из лузги гречихи и подсолнечника, а также из их композиций с навозом КРС способствует увеличению значения рН в темно-серой почве и оподзоленном черноземе, а в темно-серой лесной почве и увеличению содержания минеральных элементов питания растений.

2. Все виды вермикомпоста из лузги семян в большей мере, чем из навоза КРС способствовали снижению в почве подвижных форм цезия-137. На черноземе оподзоленном снижение значительнее, чем на темно-серой лесной почве. Определенное влияние на уровень подвижных форм цезия-137 в почве оказывал вид растения: в опытах с фасолью наибольшее снижение подвижности произошло под влиянием вермикомпоста из композиции 1/3 навоза+2/3 лузги гречихи, в опытах с овсом — 1/3 навоза+2/3 лузги подсолнечника.

3. Наибольший прирост биомассы растений фасоли происходит после применения биогумуса из лузги семян гречихи и их композиций с навозом КРС, овсапосле применения вермикомпоста из лузги гречихи и подсолнечника. Увеличение значений гидротермического коэффициента вегетационного периода способствует увеличению биомассы всех растений, особенно фасоли. Последействие удобрений более значимо для фасоли, чем овса.

4. Накопление радионуклида в органах растений подчинялось следующей закономерности: корни > стебли > листья > плоды и зависело от следующих факторов: вида растений и органических удобрений, типа почвы, гидротермических условий произрастания растений. В корнях фасоли при выращивании растений на черноземе оподзоленном при низких значениях ГТК содержание цезия-137 в 1,3−4,1 превышало его уровень в вегетативных органах и в 3,0−13,1 раз — в плодах, в корнях овса превышение уровня цезия по сравнению с надземной частью составило 1,6−6,8 раз. При увеличении влажности уровень радиоцезия возрастает только в вегетативных органах и корнях.

5. Минимальное поступление цезия-137 в семена растения фасоли происходило как на черноземе, так и на темно-серой лесной почве в варианте с внесением вермикомпоста из композиции 1/3 навоза+2/3 лузги подсолнечникав семена овса — в вариантах 1/3 навоза +2/3 лузги подсолнечника и 1/3 навоза +2/3 лузги гречихи.

6. Между содержанием подвижного цезия-137 в почве и растении фасоли существует положительная корреляционная связь — на темно-серой лесной почве более тесная, чем на черноземе: в целом для растения г = 0,75- для плодов г = 0,67, вегетативных органов г = 0,73- корней г = 0, 32. Для растения овса эта связь менее тесная и составляет для надземной части г = 0,45, для корней г = 0,25.

7. Содержание тяжелых металлов в семенах фасоли и овса также зависит от комплекса факторов. На темно-серой лесной почве в условиях низких значений ГТК снижению в семенах фасоли свинца способствовало внесение в почву биогумуса из лузги гречихи, снижению содержания никеля и меди — внесение биогумуса из лузги подсолнечника. В отличие от цезия-137, уменьшение концентрации свинца, никеля и меди в семенах фасоли происходит и после внесения в почву навоза КРС. В семенах овса снижение концентрации тяжелых металлов произошло под воздействием всех видов изучаемых удобрений как при низких, так и высоких значениях ГТК.

8. На оподзоленном черноземе снижение концентрации тяжелых металлов под влиянием вермикомпостов происходит как в семенах фасоли, так и в семенах овса. Концентрация свинца в них при низких значениях ГТК уменьшилась в 1,7−2,5 раза.

9. Наибольшая экономическая эффективность была достигнута в вариантах с внесением биогумуса из композиции 1/3 навоза + 2/3 лузги подсолнечника и биогумуса из композиции 1/3 навоза + 2/3 лузги гречихи, где уровень рентабельности составил, соответственно, в 1999 году — 124, 0- 198,0% г., в 2000 году — 160,0−204,1%.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

Лузгу гречихи после предварительной обработки рекомендуется использовать для получения вермикомпоста (патент № 2 205 815). Изученные виды вермикомпоста могут быть использованы в качестве удобрения под зерновые и бобовые культуры с целью получения экологически более безопасной продукции. На темно-серой лесной почве и черноземе оподзоленном с целью снижения накопления в растительной продукции радиоактивного цезия и тяжелых металлов наиболее целесообразно применять вермикомпост из композиций 1/3 навоза КРС+2/3 лузги гречихи и 1/3 навоза КРС+2/3 лузги подсолнечника.

Полученные результаты исследования рекомендуется использовать в лекционных курсах вузов при изучении экологически безопасных способов снижения миграции радиоактивных элементов из почвы в растения.