Содержание цинка в почвах Московской области

______________________________________________________________________

Необходимость дополнительного внесения микроэлементов под отдельные культуры повышается в связи с утратой плодородия, уменьшением подвижности питательных веществ в почве. Недостаток биогенных элементов в почвах сельскохозяйственного назначения Московской области увеличивается с каждым годом в связи с усилением отчуждения микроэлементов с урожаем и недостаточным поступлением в почву с удобрениями.

Решить вопрос о необходимости и эколого-экономической эффективности применения микроудобрений в конкретных условиях под отдельные культуры невозможно без учета данных о содержании доступных форм микроэлементов в почве и знании особенностей их поведения в системе: материнская порода–почва–растение. Эта информация должна стать основой для определения целесообразности и эколого-экономического обоснования применения того или иного микроудобрения в данных условиях и для разработки региональной системы микроудобрений.

Одним из важных биогенных микроэлементов является цинк. Он необходим для нормального роста и развития растений, животных и человека. Дефицит цинка в организме человека негативно влияет на физическое развитие, функционирование иммунной системы, репродуктивное здоровье и нейроповеденческое развитие. У растений цинк играет важную структурообразующую и регулятивную роли, входит в состав широкого спектра различных белков и ферментов, участвует во многих важных биохимических реакциях. Цинк принимает участие в углеводном и белковом обмене, входит в состав ауксина (регулятора роста), способствует пыльцеобразованию, обеспечивает поддержание целостности биологических мембран, а также усиливает сопротивляемость инфекциям, вызываемым некоторыми патогенными микроорганизмами [1]. Цинковые удобрения активизируют также мобилизацию и утилизацию растениями фосфора [2]. Когда поступление цинка в растение снижается, это негативно сказывается на росте и развитии культуры. Наиболее характерные видимые признаки цинкового голодания у растений: мелколистность (ланцетовидность) и розеточность, – проявляются только при ярко выраженном цинковом голодании. При цинковом дефиците также наблюдаются и другие видимые симптомы стресса, например, замедление роста побегов (или снижение высоты), межжилковый хлороз (пожелтение листьев между жилками) [3]. Но в случае скрытого (неявного) дефицита развитие растений может происходить без вышеперечисленных видимых признаков стресса. Скрытый дефицит может оставаться незамеченным в течение многих лет, при этом ежегодные потери урожая могут оказать негативное влияние на экономическую рентабельность выращивания требовательных к цинку сельскохозяйственных культур в данном регионе.

Недостаток доступного для растений цинка наблюдается в песчаных, карбонатных, в значительной степени, известкованных, засоленных, органических почвах (например, торфяных) или в почвах с высоким содержанием фосфора. Дефицит цинка в почве легко может быть устранен при внесении цинковых удобрений. Известно, что чувствительность отдельных групп сельскохозяйственных культур к недостатку Zn неодинакова. Наиболее чувствительными культурами, предъявляющими повышенные требования к обеспеченности Zn, являются кукуруза, лен и фасоль. Зерновые злаки (овес, рожь, пшеница, ячмень) нечувствительны к недостатку цинка. Картофель же, сахарная свекла, клевер и люцерна занимают в этом отношении промежуточное положение [4].

Источники поступления цинка в почву очень разнообразны, и в небольших количествах цинк может встречаться практически повсеместно [5]. Естественными источниками цинка служат материнские породы и атмосферные выпадения. Кроме естественных, большое значение имеют также техногенные источники цинка [6]. Концентрация цинка в осадках городских и производственных стоков Подмосковья достигает 1670 мг/кг сухого вещества [7] при предельно допустимой концентрации в 3500 мг/кг [8].

Природный уровень цинка в зональных почвах Московской области остается на низком и среднем уровнях. В результате обследования пахотных почв Российской Федерации в 1993 году, после продолжительного периода интенсивной химизации, было установлено, что 87,9% почв – низко и средне обеспечены подвижным цинком [9].

В качестве цинковых удобрений могут использоваться различные соединения цинка, но наиболее широко используемыми являются сульфат цинка, а также фосфорные удобрения, содержащие цинк в качестве естественных примесей (табл. 1).

Объектом проведенного исследования являлся почвенный покров Московской области. На территории Московской области преобладают следующие зональные типы почв: дерново-слабо- и среднеподзолистые (общая площадь 1430 тыс. га, 50% занято сельскохозяйственными угодьями), дерново-сильноподзолистые (в основном, заняты лесами), смытые дерново-подзолистые почвы разной степени оподзоливания, дерново-подзолистые слабо-глеевые почвы, дерново-подзолистые глееватые и глеевые почвы (общая площадь 654,2 тыс га, 88,7 тыс. га занимает пашня), торфяно-подзолистые оглеенные почвы, светло-серые лесные (82,7 тыс. га, 48,5 тыс. га под пашней), серые лесные почвы (общая площадь 129,0 тыс. га, 100,9 тыс. га под пашней), черноземы (17, 8 тыс. га, почти целиком заняты пашней). Среди азональных почв преобладают болотные и различные типы аллювиальных почв [11].

Агрохимические обследования на содержание подвижного цинка в почвах Московской области проводились ГЦАС «Московский» по нескольким турам, интервал между турами составлял 5-7 лет. В работе приведены данные ГЦАС «Московский» по трем турам обследований на содержание подвижного цинка в почвах Московской области. Пробы почв были отобраны в периоды 1984-1989, 1991-1996 и 2000-2006 гг. За период с 1984 по 2006 гг. ГЦАС «Московский» было обследовано на содержание подвижного цинка 36 районов Московской области.

В агрохимических обследованиях наиболее информативным показателем содержания цинка является содержание его подвижных форм, тех, которые усваиваются растениями. Именно на основании данных о количестве подвижных форм судят об обеспеченности почв и сельскохозяйственных культур цинком.

Подвижные формы соединений Zn в почвах извлекают ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8. Отношение почвы к раствору – 1:10. Данный метод пробоподготовки пригоден для некарбонатных и карбонатных почв.

Дальнейшее определение содержания подвижного цинка в большинстве используемых вытяжек проводят атомно-абсорбционным методом напрямую в пламени ацетилен – воздух. Используется также фотометрический дитизоновый метод, который основан на получении окрашенного комплекса цинка с дитизоном, экстрагировании его четыреххлористым углеродом и измерении оптической плотности экстракта.

Методика определения подвижных соединений цинка, извлекаемых из почвы ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 и последующим атомно-абсорбционным или фотометрическим-дитизоновым завершением утверждена в качестве Государственного стандарта РФ [12].
Результаты и обсуждение

Все районы Московской области по содержанию подвижного цинка условно можно разделить на три группы по каждому из двух параметров: распределение районов Московской области по средневзвешенному содержанию цинка (табл. 2) и распределение районов по доле площади пашни, слабо и средне обеспеченной цинком (рис. 1). К слабо и средне обеспеченным цинком, нуждающимся во внесении данного микроэлемента, относятся, согласно градации почв, принятой Центром сертификации и экологического мониторинга «Московский», почвы с содержанием цинка 5 мг/кг.

Ранжирование районов по средневзвешенному содержанию подвижного цинка полностью коррелирует с распределением районов по доле площади пашни, слабо и средне обеспеченной цинком. Тем не менее, пространственный показатель является более значимым для принятия научно обоснованных управленческих решений, так как он отражает долю земель, нуждающихся в дополнительном внесении цинковых удобрений.

по доле почв с низким и средним содержанием цинка

(числа на карте соответствуют номерам районов в табл. 2)
Районы, почвы которых имеют низкое содержание подвижного цинка (менее 2,2 мг/кг почвы), сосредоточены, в основном, в южной части Московского региона от запада до востока, в северной его части таких районов только 2. Всего районы, низко обеспеченные цинком, занимают 50,9% от общей площади обследованной пашни. Можно выделить следующие причины, обусловливающие низкое содержание подвижного цинка на этих территориях: во-первых, здесь не восполняется в достаточной степени вынос микроэлементов с урожаем; во-вторых, небольшая, по сравнению с центральными районами, антропогенная нагрузка (малая загруженность автомагистралей и т.п.) обусловливает относительно малое поступление цинка из техногенных источников.

Большинство районов, почвы которых средне обеспечены подвижным цинком (содержание цинка – от 2,2 до 5,0 мг/кг почвы), расположено на западе, северо-востоке и востоке области, хотя они встречаются также на северо-западе и юге. Площадь районов со средне обеспеченными подвижным цинком почвами составляет 49% от общей площади пашни.

Районы, почвы которых хорошо обеспечены цинком (содержание подвижного цинка более 5,0 мг/кг почвы), составляют 0,1% от общей площади пашни и находятся, в основном, на юго-востоке и юге ближнего Подмосковья (кроме Раменского района). Содержание подвижного цинка здесь, как видно из таблицы 2, колеблется от 8,1 мг/кг почвы в Раменском районе до 33,3 – в Балашихинском. Высокое содержание подвижного цинка в районах третьей группы связано с высокой степенью антропогенной нагрузки на почвы этих районов, интенсивным ведением сельского хозяйства с применением осадков сточных вод, характерным для Люберецкого и Раменского районов.

За рассматриваемый период проведения агрохимического мониторинга произошло сначала значимое сокращение (1991-1996 гг.), а затем небольшой рост (2000-2006 гг.) площадей пашни с низким и средним содержанием подвижного цинка (рис. 2). Общая динамика обеспеченности пашни данным микроэлементом говорит о том, что на протяжении последних 20 лет сохраняется стабильно высокий процент низко и средне обеспеченных цинком земель, что, в основном, обусловлено длительным последействием извести на дерново-подзолистых почвах и отсутствием достаточного внесения микроэлементов в виде минеральных и органических удобрений.

Рис. 2. Динамика доли пахотных почв Московской области с низким и средним содержанием подвижного цинка (не более 5,0 мг/кг) в период с 1980 по 2006 гг.

1. 
   Процент низко и средне обеспеченных подвижным цинком почв в 2006 году составляет 93,5%. Средневзвешенное содержание подвижного цинка по Московской области – 2,8 мг/кг почвы. В целом почвы Подмосковья могут быть классифицированы как средне обеспеченные цинком.
   
2. 
   Процент пашни, низко и средне обеспеченной цинком, на протяжении 20 лет остается на высоком уровне (95-93,5 % от площади пахотных земель).
   
3. 
   Большая часть агроценозов Московской области нуждается в дополнительных источниках доступного для растений цинка. В удаленных от города Москвы районах Подмосковья необходимо увеличение вносимых доз цинкосодержащих минеральных, органических или нетрадиционных удобрений.
   

1. 
   Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. - М.: Наука, 1974. - 324 с.
   
2. 
   Поспелова И. Н. Поведение цинка в системе почва–растение на территории Алтайского Приобья и эффективность цинковых удобрений под яровую пшеницу на фоне фосфорных удобрений. Дисс. ... канд. с.-х. наук : 06.01.04. - Барнаул, 2001. - 221 с.
   
3. 
   Mittleider J. Grow anything anywhere with the garden doctor // Hagerstown, Md.: Autumn House Pub. Co., 1990.
   
4. 
   Курганова Е.В. Плодородие и продуктивность почв Московской области. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2002. - 320 с.
   
5. 
   Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. – М.: Мир, 1989. – 439 с.
   
6. 
   Alloway B. J. Zinc in soils and crop nutrition // Brussels, Belgium: International Zinc Association (IZA), 2004. - 116 p.
   
7. 
   Пахненко Е. П. Осадки сточных вод и другие нетрадиционные органические удобрения. Учебное пособие. – М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 311 с.
   
8. 
   ГОСТ Р 17.4.3.07-2001. Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений. – Введ. – 01.10.2001 (последнее изменение: 19.04.2010) – URL: http://vsegost.com.
   
9. 
   Аристархов А.Н. Оптимизация питания растений и применения удобрений в агроэкосистемах. - М.: ЦИНАО, 2000. - 524 с.
   
10. 
    Сычев В.Г., Аристархов А.Н., Харитонова А.Ф., Толстоусов В.П., Ефимова Н.К., Бушуев Н.Н. Интенсификация продукционного процесса растений. Приёмы управления. М.: ВНИИА, 2009. -520 с.
    
11. 
    Войтович Н.В., Полев H.A., Кирдин В.Ф., Курганова Е.В. Сельскохозяйственное использование и повышение плодородия почв Московской области. - M.: РАСХН, 2000. - 373 с.
    
12. 
    ГОСТ Р 50686-94. Почвы. Определение подвижных соединений цинка по методу Крупского и Александровой в модификации ЦИНАО. – Введ. –23.06.1994. – URL: http://vsegost.com.