КАДМИЙ В АГРОЦЕНОЗАХ ЛЕСОСТЕПНОЙ ЗОНЫ ЦЧО

Тяжелые металлы (ТМ) относятся к числу наиболее опасных загрязнителей. Их содержание в почве – важнейший показатель, характеризующий санитарно-гигиеническую обстановку, так как накопление в почвах избыточных концентраций тяжелых металлов представляет прямую  угрозу экологической безопасности получаемой сельскохозяйственной продукции. Растения, поглощая из почвы тяжелые металлы, аккумулируют их в тканях, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи почва – растение – животное – человек. Поэтому контроль над накоплением тяжелых металлов в агроценозах является главным аспектом безопасности.

Из числа токсичных элементов, подлежащих первоочередному исследованию в почве, выделяют высокоопасное вещество первого класса опасности – кадмий (Cd), обладающий отравляющим, канцерогенным и мутагенным действием на организм человека. Он может представлять опасность для населения даже при низких уровнях загрязнения, что связано с высокой биологической кумуляцией этого металла.

Содержание кадмия в почве различно для каждого региона и зависит от основных свойств почв, а также от количества в почве органических веществ, биологического круговорота элементов и других показателей, которые определяются как природными, так и антропогенными факторами. К основным антропогенным источникам поступления кадмия в агроценозы ЦЧО относят применяемые в сельскохозяйственном производстве удобрения.

Цель данной работы – изучить содержание кадмия в почвах, удобрениях и растениеводческой продукции лесостепной зоны ЦЧО (на примере Белгородской области).

В статье использованы материалы локального агроэкологического мониторинга, проводимого на реперных участках Белгородской области, входящих в лесостепную зону Центрально-Черноземных областей. Почвенный покров реперных участков представлен чернозёмами типичными и выщелоченными.

Все аналитические исследования проводились в лаборатории агрохимической службы. Содержание кадмия в почвах, удобрениях и растениях определяли в соответствии с «Методическими указаниями по определению тяжёлых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. – МСХ 10. 03.92».

При статистической обработке результатов лабораторного анализа использовались расчеты доверительного интервала для среднего значения ( x ±t05s x ) и коэффициента вариации (V, %).

Рассмотрение только валового содержания кадмия в почвах не дает представления о его доступности для растений, этим обусловлена необходимость определения  концентраций подвижных  форм кадмия. Наиболее высокой подвижностью и доступностью для растений кадмий обладает в кислых почвах. В Белгородской области подкисление характерно для лесостепной зоны [3, с. 72].

Валовое содержание кадмия в целинном черноземе заповедника Ямская степь составляет 0,33-0,35 мг/кг, содержание подвижных форм – 0,07-0,08 мг/кг [2, с. 16]. Среднее валовое содержание кадмия в пахотном слое почв реперных участков находится на уровне фонового содержания и составляет 0,32±0,01 мг/кг. Общее содержание кадмия с увеличением глубины почвенного профиля достоверно снижается, что свидетельствует о биофильном накоплении этого элемента в пахотном слое.

Содержание подвижных форм  кадмия в пахотном  слое почв составляет 0,08±0,01  мг/кг. С  глубиной почвенного профиля содержание подвижных форм кадмия достоверно не изменяется и находится на уровне 22,5- 25,3 % от его валового содержания.

Нормирование содержания валового кадмия в почве определяется гигиеническими нормативами (ГН 2.1.7.2511-09). Его ориентировочно-допустимая концентрация на суглинистых и глинистых почвах с рНKCl<5,5 составляет 1 мг/кг, а на почвах с рНKC>5,5 – 2 мг/кг. ОДК для подвижных форм кадмия в России не установлена. Экспериментально установленный уровень содержания подвижных форм элемента в пахотных почвах, при котором происходит загрязнение зерна яровой пшеницы выше ДУ, составляет 0,4 мг/кг [1, с. 63].

Результаты мониторинга свидетельствуют об отсутствии в Белгородской области пахотных почв с превышением допустимых уровней изучаемого элемента. Следовательно, уровни валового содержания, а также концентрация подвижных форм кадмия в почвах не представляют опасности для производства экологически безопасной растениеводческой продукции [4, с. 19].

В связи с тем, что в Белгородской области нет крупных источников загрязнения агроценозов кадмием, основное его количество поступает в почву с применяемыми удобрениями. Так, в 2006-2010 гг. средняя доза внесения органических удобрений составила 2,2 т/га, и с ней в почву было внесено 0,24 г/га кадмия. При несоблюдении технологии работы с удобрениями может возникнуть угроза загрязнения почв тяжелыми металлами. Поэтому, важным условием повышения безопасности земледелия является контроль содержания ТМ в применяемых удобрениях.

Основным органическим удобрением на территории Белгородской области долгие годы являлся навоз КРС. Сейчас в области ежегодно увеличиваются объемы использования птичьего помета и компостов на его основе. Содержание кадмия в соломопометных компостах несколько выше, чем в навозе КРС и в пересчёте на сухое вещество составляет 0,293 и 0,266 мг/кг соответственно (Табл.1). Интенсивное развитие свиноводства сопровождается увеличением использования животноводческих стоков в земледелии. Концентрация кадмия в них сильно варьирует и составляет в среднем 0,586 мг/кг сухого вещества, что в 2 раза выше, чем в навозах и компостах.

Таблица 1  

Содержание кадмия в удобрениях, мг/кг

Исследование органических удобрений показало, что среднее содержание кадмия в них не превышают ПДК (2 мг/кг сухого вещества по ГОСТ Р 53117-2008), однако в навозных стоках были обнаружены концентрации кадмия, составляющие почти 5ПДК.

Учитывая высокую токсичность кадмия, в России установлен его допустимый уровень (ДУ) содержания в продовольственном зерне и семенах масличных, который составляет 0,116 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество  (СанПиН  2.3.2.1078-01) и временные  максимально-допустимые уровни (ВМДУ)  содержания в кормах сельскохозяйственных животных. В соломе и фуражном зерне ВМДУ кадмия составляет соответственно 0,36 и 0,35 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество.

В рамках исследования было определено валовое содержание кадмия в основной и побочной продукции кукурузы, сои и подсолнечника, выращенной в лесостепной зоне Белгородской области. Для определения фонового содержания кадмия в растениях были отобраны образцы степного разнотравья заповедника Ямская степь.

Результаты исследования показали, что в основном, репродуктивные органы растений накапливают меньше кадмия, чем вегетативные. Исключение составил подсолнечник, где было отмечено содержание кадмия в семенах 0,095 мг/кг,  что на 0,025 мг/кг больше, чем в стеблях (Табл.2).  Наименьшее количество элемента содержится в кукурузе: 0,045 мг/кг в зерне и 0,058 мг/кг в соломе. В сое концентрация кадмия в 1,5 раза выше, чем в кукурузе и варьирует от 0,017 до 0,097 мг/кг в зерне и от 0,033 до 0,106 мг/кг в соломе.

Таблица 2  

Содержание кадмия в сельскохозяйственных культурах, мг/кг абсолютно сухого вещества

По результатам исследования установлено, что в соломе растений, выращиваемых на пахотных почвах, содержание кадмия больше фонового, при этом превышений установленных нормативов зафиксировано не было.

Список литературы

1.     Лукин С.В., Кононенко Л.А., Мирошникова Ю.В. Влияние кадмия на развитие фотосинтетического аппарата и урожайность яровой пшеницы // Агрохимия. 2004. №3. С. 63-68.

2.     Лукин С.В. Соловиченко В.Д. Результаты мониторинга плодородия почв государственного заповедника «Белогорье» // Достижения науки и техники АПК. 2008. №8. С. 15-17.

3.     Лукин С.В., Четверикова Н.С. Мониторинг плодородия пахотных почв лесостепной зоны Центрально- Чернозёмного района // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2010. №1. С. 71-73.

4.     Четверикова Н.С. Экологическая оценка влияния интенсивной  сельскохозяйственной деятельности на состояние агроэкосистем в условиях лесостепной зоны Центрально-Чернозёмного района. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук. М.: ТСХА. 2013. 23 с.