Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Приемы использования отходов производства в агроэкосистемах Центрального Черноземья. Монография
.pdf
дов очень сложно и зачастую просто невозможно. Тем не менее,
даже определив общий состав загрязнителей, зачастую невозможно ответить на вопрос, каково их суммарное действие как на
экосистему в целом, так и на отдельные ее компоненты. Интегральную оценку совокупного действия загрязняющих соединений может дать метод биотестирования. В основе метода лежит
прием, позволяющий в лабораторных условиях выявить степень
токсичности воды, почвы по реакции живых организмовбиотестов (животные, растения, микроорганизмы).
Для оценки токсичности сточной воды использовались семена рапса, ячменя и пшеницы. Установлено, что качество воды
существенно влияет на скорость прорастания семян и длину корней тест-объектов (табл. 40).
Таблица 40. Фитотоксичность сточной воды
Культура Вариант
Водопроводная
вода
(2007 г.)
Сточная вода 9,7 72,3 27,7
Водопроводная
вода
(2008 г.)
Сточная вода 4,8 76,1 23,9
Водопроводная
вода
(2009 г.)
Сточная вода 6,3 75,0 25,0
Средняя
длина
корня, мм
13,4 100 - Рапс
6,3 100 - Ячмень
8,4 100 - Пшеница
Изменение
длины корня,
% к контролю
Токсич-
ность во-
ды, %
При использовании в качестве тест-объекта семян рапса
длина корней в сточной воде уменьшилась на 27,7; семян ячменя
– на 23,9; семян пшеницы – на 25,0%.
Согласно СанПиН 2.1.7.573-96, если, по сравнению с контрольными, семена в исследуемой воде вообще не проросли или
же длина корней в процентах от контроля ниже 70%, то вода не
пригодна для орошения. Порог 70% обосновывается тем, что
почва, благодаря сорбционной способности, снижает ингибирующее воздействие исследуемой воды.
Таким образом, использование аналитических данных и
биотестирования позволяет судить о том, что исследуемая сточ-
101
ная вода может использоваться для орошения с определенным
экологическим риском.
Для дополнительной очистки сточных вод в последние годы
рекомендуется использование эйхорнии, или водного гиацинта
(Eichhornia crassipes), – плавающего водного растения семейства
понтедериевых, произрастающего преимущественно в тропических и субтропических зонах. Это мощный зарастатель поверхности водных объектов посредством образования обширных, но
локальных зарослей. Как и все плавающие на поверхности водные растения, эйхорния с помощью листьев использует для фотосинтеза углекислый газ воздуха, а с помощью корневой системы
и контактирующих с водой листьев усваивает из воды неорганический углерод карбонатов, минеральные соли, низкомолекулярные углеводы, аминокислоты и другие вещества. Мощная корневая система эйхорнии обеспечивает высокую эффективность поверхностно-адсорбционного поглощения питательных веществ.
Интенсивность фотосинтеза у эйхорнии выше, чем у погруженных в воду растений, но ниже, чем у тростника и рогоза (Антименкова, 2004).
Состав и продуктивность агрофитоценозов при орошении
сточными водами
Один из определяющих факторов роста и развития расте-
ний, важнейший показатель почвенного плодородия – влага.
Особое значение она имеет в Воронежской области, где в отдельные годы влагообеспеченность посевов определяет не только величину урожая, но и возможность посева и возделывания
сельскохозяйственных культур (Система ведения…, 2006; Постолов, 2000; Иванов, 2006).
Почвенная вода, помимо сугубо почвенных функций, как
почвенный компонент выполняет весьма важную роль в обеспечении жизни организмов. Вода является той средой, в которой
минеральные и органические вещества почвы трансформируются
в формы, способные усваиваться живыми организмами. Почвенная вода, кроме того, сама является минералом, необходимым для
питания растений и реализации целого ряда важнейших физиоло-
102
гических процессов, но она может оказывать на них и угнетающее действие вследствие содержания токсичных соединений.
Интегральную оценку токсичности почвы определяют методом биотестирования (Милащенко, Соколов, Брайсон, Черников,
2000). В основе метода лежит прием, позволяющий в лабораторных условиях выявить степень токсичности почвы по реакции
живых организмов-биотестов (животные, растения, микроорганизмы).
В качестве тест-организмов (биотестов) в основном используются проростки растений. Известно, что устойчивость растения
к различным факторам зависит от его возраста, а точнее – от этапа индивидуального развития.
Так, прорастание семян – наиболее уязвимый этап развития
высших растений, для которого характерна минимальная устойчивость к неблагоприятным факторам и максимальная чувствительность (восприимчивость) к их воздействию. Поэтому растения в
этот период развития наиболее удобны для тестирования, а различные параметры прорастания (всхожесть и энергия прорастания
семян) служат показателями при проведении биоиндикации.
Фитотоксичность почвы определяется путем сравнения показателей прорастания семян под действием вытяжки из изучаемой почвы с данными контрольной (незагрязненной) почвы. В
качестве критерия фитотоксичности почвы используется кратность снижения контролируемых показателей в изучаемой почве
по сравнению с контрольной (Житин, Прокопова, 2007).
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о том,
что орошение сточными водами не оказывало существенного
влияния на токсичность почвы. Она увеличивалась незначительно в процессе вегетации, то есть с увеличением норм внесения
воды при поливе агроценозов.
В агроценозах рапса фитотоксичность почвы увеличивалась
с 5,0 до 13,9%; сои – с 6,6 до 15,7%; ячменя – с 10,4 до 18,8%
(табл. 41).
Следует отметить, что выделения растений оказывают существенное влияние на состав микробоценозов. Среди метаболитов важную эдификаторную роль в фитоценозе играют колины
(агенты влияния высших растений на высшие) и фитонциды
103
(агенты влияния высших растений на низшие). Данное влияние
может быть положительным или отрицательным (Уразаев, 2000).
Таблица 41. Токсичность почвы, %
(тест-культура – кресс-салат)
Этапы органогенеза культур
Варианты
IV этап VIII этап XII этап
Рапс – 2007 г.
Контроль Фон Фон Фон
Орошение 5,0 7,6 13,9
Соя – 2008 г.
Контроль Фон Фон Фон
Орошение 6,6 14,5 15,7
Ячмень – 2009 г.
Контроль Фон Фон Фон
Орошение 10,4 18,8 18,7
Согласно Гродзинскому (1990), рапс угнетающе действует
на развитие грибов в почве, увеличивает содержание азотфиксирующих, аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий и
уменьшает токсичность почвы. Хорошими фитосанитарами являются также бобовые культуры. При этом чем в большей мере
совпадают биологические особенности культуры с экологическими условиями произрастания, тем в большей мере она оказывает положительное влияние на полезные бактерии и угнетающе
действует на патогенные микроорганизмы.
Численность микроорганизмов в ризосфере значительно
выше, чем в парующей почве. Максимальное количество бактерий отмечено в летнее время в период бутонизации и начала цветения. И к концу вегетации наблюдается существенное снижение
их количества. Из всех выделенных из ризосферы рапса и сурепицы микроорганизмов 90% представляют собой грамотрицательные неспороносные палочки; кокковых и бациллярных форм
встречается очень мало. Особенно распространены представители рода Pseudomonas и микобактерии. По-видимому, именно
Pseudomonas играют важную роль в установлении особого микробиологического равновесия под крестоцветными культурами.
104
Эти бактерии особенно активны на начальных этапах дест-
рукции органических остатков рапса и сурепицы, их численность
достигает при этом впечатляющих значений.
Согласно последним публикациям, в микробиологической
литературе представители рода Pseudomonas активно продуцируют флуоресцирующий пигмент сидерофор, который связывает
в почве железо, необходимое для роста фитопатогенных грибов,
переводя его в недоступную для них форму. Это практически интересный аспект санитарной роли, требующий дальнейшего особого изучения (Гродзинский, 1989).
Под влиянием горчичных масел крестоцветных, как пола-
гают Мороз (1973), Гродзинский (1982), происходит и потеря вирулентности некоторых патогенных бактерий.
Орошение агроценозов сточными водами оказывает существенное влияние на солевой режим почвы и, следовательно, фитотоксичность. Поэтому при орошении агроценозов особое внимание уделяется устойчивости культур к засолению почвы.
Под солеустойчивостью понимают устойчивость растений к
избыточной концентрации солей в почвенном растворе, которые
повышают его осмотическое давление, затрудняя тем самым поступление воды в растение, и оказывают в той или иной мере
токсическое действие на протоплазму. В результате нарушаются
процессы ассимиляции, дыхания, минерального питания.
При агроэкологической оценке растений солеустойчивость
рассматривается в двух аспектах: биологическом и агрономическом. Биологическая солеустойчивость – способность растений
осуществлять полный цикл индивидуального развития в условиях засоления почвы, нередко с пониженной интенсивностью накопления органического вещества при сохранении воспроизводительной способности. Агрономическая солеустойчивость –
способность растений осуществлять полный цикл развития на засоленной почве и давать удовлетворительную продукцию. Чаще
биологическую солеустойчивость называют солевыносливостью,
а агрономическую – собственно солеустойчивостью.
Существует немало классификаций растений по солеустой-
чивости. Согласно Кирюшину (1996), солеустойчивыми являются рапс, ячмень, а среднеустойчивой – соя.
105
Следует отметить, что при дождевании малыми нормами
исключается промывной режим, что улучшает пищевой режим
пахотного слоя, не допускает засоления почвы, так как соли не
поступают к поверхности из глубоких горизонтов. Кроме того,
такой поливной режим способствует и улучшению агрофизических свойств почвы из-за меньшего уплотнения и размывания
верхнего слоя (Черемисинов, 2004).
Главной задачей периода «сев – всходы» является получение дружных выровненных всходов и формирование посева оптимальной густоты. Особое значение придается выравненности
отдельных экземпляров посева, которая выражается в синхронности их роста и развития.
В выровненном посеве растения близки друг к другу по габитусу и фазам развития. Это делает их равными в конкурентной
борьбе за источники питания, влагу и свет, в значительной мере
снижает самоизреживание растительного покрова за счет естественной гибели растений, отставших в росте и развитии, и способствует в конечном счете повышению урожая и снижению его
себестоимости.
По Соколовой (1993), влажность почвы играет заметную
роль в детоксикации токсикантов. Повышение влажности почвы
увеличивает испарение многих поллютантов с поверхности почвенных частиц и их гидролиз.
Максимальное разложение поллютантов микроорганизмами
также происходит лишь при оптимальной влажности. Температура почвы также существенно влияет на скорость разложения токсикантов, сказываясь на потерях вследствие летучести, а также
ускоряя биологическое и химическое разложение поллютантов.
Оптимальная температура для разложения поллютантов в почве –
25-300С.
Проведенные исследования позволяют судить о том, что на
запасы продуктивной влаги существенное влияние оказывают
метеорологические условия (табл. 42).
В весенний период 2007 г. при пониженном температурном
режиме и существенном дефиците осадков запасы продуктивной
влаги в агроценозах рапса составляли лишь 16,1-17,8 мм, что является недостаточным для нормального функционирования поч-
106
венно-биотического комплекса. Полевая всхожесть рапса составила 75,3%.
Таблица 42. Запасы продуктивной влаги в агроценозах, мм
Вариант
Слой
почвы, см
Рапс – 2007 г.
0-20 16,1 19,6 15,3
Контроль
20-40 17,8 20,3 16,2
0-20 32,3 34,9 27,4
Орошение
20-40 35,1 33,8 29,2
Соя – 2008 г.
0-20 20,2 15,5 15,7
Контроль
20-40 21,2 16,8 15,9
0-20 31,7 32,8 28,9
Орошение
20-40 34,9 33,1 29,9
Ячмень – 2009 г.
0-20 17,3 16,8 15,8
Контроль
20-40 18,5 17,7 17,5
0-20 29,8 29,4 26,7
Орошение
20-40 29,0 29,2 27,3
Этапы органогенеза культур
IV этап VIII этап XII этап
Согласно Федотову (2006), к влаге яровой рапс предъявляет
повышенные требования. Для прорастания семян требуется 60%
воды от их массы. Дружные всходы появляются при наличии не
менее 10 мм влаги в 10-сантиметровом слое почвы.
Федотов, Гончаров, Савенков (2008) отмечают, что полевую
всхожесть семян рапса можно увеличить с 45-50 до 75-80%, используя оптимальные сроки сева, лучшие семена с высокой энергией прорастания в комплексе с тщательной подготовкой почвы
для посева, создавая плотное влажное ложе с рыхлым воздухопроницаемым посевным слоем почвы оптимальной глубины.
Уменьшают полевую всхожесть семян чрезмерная заделка их в
почву, почвенная корка, плесневение в почве необеззараженных
семян, а также чрезмерно мелкий посев в сухую, плохо подготовленную почву.
Июньские осадки существенно пополнили запасы продуктивной влаги до 19,6-20,3 мм, что положительно влияло на развитие рапса, но в дальнейшем они снизились до 15,3-16,2 мм.
107
Яровой рапс относится к влаголюбивым растениям. Его потребность во влаге в 1,5-2 раза превосходит потребности зерновых культур. Особенно повышается потребность рапса во влаге в
период до начального роста при набухании семян, цветения и налива зерна. Оптимальные условия увлажнения в эти периоды
достигаются, когда влажность пахотного слоя в период посева и
70-80-сантиметрового слоя в период цветения и налива зерна не
выходит за пределы 75-80 на тяжелых и 65-75% НВ на легких
почвах.
Орошение сточными водами агроценозов рапса позволило
поддерживать оптимальный водный режим и обеспечить активное функционирование почвенно-биотического комплекса. Превышение запаса продуктивной влаги при орошении сточными
водами над контролем в агроценозах рапса составило 79,1-
200,6%.
Влияние человека на растительный мир не ограничивается
полезными растениями. Столь же стара, как и само земледелие,
история сорняков, обосновавшихся в сельскохозяйственном
ландшафте (Thellung, 1915).
Чем больше экологические требования сорняков совпадают
с требованиями культурных растений, тем лучше они могут развиваться на пахотных и лугопастбищных угодьях. Часть из них
происходит из тех же мест, что и культурные растения, или из тех
мест, через которые шло перемещение, другие появились лишь в
исторически недавнее время, наконец, значительная часть сорняков произошла от местной дикорастущей флоры (Кормилицин,
Цицкишвили, Яламов, 1997).
Всходы рапса в первые 20-30 дней растут медленно и угнетаются сильнорослыми сорняками, которые перехватывают влагу
и питание, увеличивают численность вредителей, затрудняют
уборку урожая, очистку семян и на 30-40% (и более) могут снизить его урожайность, уменьшить масличность и белковость семян. Например, бодяк полевой использует азота до 136, фосфора
31 и калия 167; осот полевой – соответственно 67; 29 и 160, а пырей – 48; 31 и 68 кг/га.
Многие виды сорняков очень плодовиты: одно растение щирицы запрокинутой образует до 107 млн семян, полыни горькой –
926 тыс., гулявника высокого – более 500 тыс., амброзии полын-
108
нолистной – около 100 тыс. и т.д. (Практическое руководство…,
1988).
Семена сорняков могут сохранять жизнеспособность в почве
много лет (горчица полевая – 10, бодяк – 20, щетинник сизый –
30, пастушья сумка – 35, марь белая – 38, щирица – 40, вьюнок
полевой – 50 лет). Важно защищать посевы рапса от сорняков в
первый месяц его вегетации. В дальнейшем по мере формирования мощной надземной массы рапс хорошо подавляет сорную
растительность (Фисюнов, 1984; Баздырев, 2002).
Дояренко (1966) отмечает, что оптимальные сроки появления всходов сорняков зависят также от типа почвы и ее влажности. У большинства сорных растений семена прорастают при
30,0% от полной влагоемкости, а при понижении влажности до
15,0% прорастание приостанавливается. При очень высокой
влажности прорастание семян определяется плотностью сложения почвы, которая зависит от многих причин: ее строения, гранулометрического и химического составов, содержания гумуса,
типа обработки и т.д. Наиболее ранние сроки всходов сорняков
отмечаются при рыхлом строении почвы.
На поливных землях потенциальные запасы семян сорняков
и вегетативных зачатков весьма велики. Здесь создаются благоприятные условия для их размножения и распространения. В
многолетних стационарных опытах Саратовского СХИ установлено, что в слое 0-20 см в условиях орошения содержится до 1920 тыс. семян на 1 м2. Поэтому при орошении особенно важно
применять весь комплекс мероприятий по подъему общей культуры земледелия и борьбе с сорняками в частности (Кормилицин,
Цицкишвили, Яламов, 1997).
При орошении посевов рапса сточными водами засорен-
ность посевов увеличивалась на 14,3%. При этом в большей мере
увеличивалась засоренность посевов корневищными и корнеотпрысковыми сорняками: на 66,7% и в 1,5 раза (табл. 43).
На прорастание семян сорных растений оказывает большое
влияние температура почвы. Для каждого вида сорных растений
существует определенный оптимум температур. Так, горец птичий, гречишка вьюнковая, горчица полевая, марь белая, осот огородный, пастушья сумка, редька дикая, ромашка непахучая,
ярутка полевая имеют ярко выраженный жизненный потенциал
109
уже при температуре 2-40С. Озимые сорняки прорастают лучше
всего при температуре 10-120С, а семена яровых сорняков – при
14-200С и выше. Преобладающее число видов прорастает при 23250С (Котт, 1969; Чесалин, 1975; Фисюнов, 1984).
Таблица 43. Состав и плотность популяций сегетальных
растений в агроценозах рапса на VIII этапе органогенеза
Группа сегетальных
растений
Яровые
Общее число растений 3 21,4
Зимующие Пастушья сумка 2
Общее число растений 2 14,3
Корневищные Пырей ползучий 3
Общее число растений 3 21,4
Многолетние
корнеотпрысковые
Общее число растений 6 42,9
Всего 14 100
Яровые
Общее число растений 2 12,5
Зимующие Пастушья сумка –
Общее число растений – –
Корневищные Пырей ползучий 5
Общее число растений 5 31,3
Многолетние
корнеотпрысковые
Общее число растений 9 56,2
Всего 16 100
НСР
1,4
0,95
Виды сегетальных
растений
Контроль
Марь белая 1
Щирица запрокинутая 2
Вьюнок полевой 3
Бодяк полевой 2
Осот полевой 1
Орошение
Марь белая 1
Щирица запрокинутая 1
Вьюнок полевой 5
Бодяк полевой 3
Осот полевой 1
Число сегетальных
растений
шт./м2 %
Уразаев, Вакулин, Никитин (2000) указывают, что результат
конкурентной борьбы сельскохозяйственных культур и сорняков
110
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]