Способ снижения накопления цинка и свинца в тимофеевке луговой при возделывании на дерново-подзолистых супесчаных почвах

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ СНИЖЕНИЯ НАКОПЛЕНИЯ ЦИНКА И СВИНЦА В ТИМОФЕЕВКЕ ЛУГОВОЙ ПРИ ВОЗДЕЛЫВАНИИ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ СУПЕСЧАНЫХ ПОЧВАХ(71) Заявитель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(72) Авторы Михайловская Наталья Алексеевна Лапа Виталий Витальевич Головатый Сергей Ефимович Зеленковская Надежда Дмитриевна(73) Патентообладатель Республиканское научное дочернее унитарное предприятие Институт почвоведения и агрохимии(57) Способ снижения накопления цинка и свинца в тимофеевке луговой при возделывании на дерново-подзолистых супесчаных почвах, при котором вносят в почву азотные удобрения в нитратной форме в дозах, не превышающих 30 кг/га действующего вещества,фосфорные и калийные удобрения в дозах 4080, проводят предпосевную бактеризацию семян тимофеевки луговой жидким Азобактерином с добавкой 1,5-2,0 г яблочнокислого натрия на 1 л Азобактерина, при этом на 1 т семян используют 1 л препарата, смешанного с 6-7 л воды, и проводят ежегодную обработку посевов в начале весенней вегетации смесью, состоящей из 1 л Азобактерина и 150-200 л воды в расчете на 1 га. Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к приемам выращивания экологически чистой продукции путем снижения содержания тяжелых металлов в кормовой продукции, и может быть использовано при ведении кормопроизводства на территориях, загрязненных тяжелыми металлами. Известно, что биологические особенности растений определяют межвидовые различия по аккумуляции тяжелых металлов в их биомассе. В этом отношении многолетние травы отличаются более значительной способностью к накоплению тяжелых металлов по сравнению с другими сельскохозяйственными культурами. Загрязнение кормов представляет серьезную опасность, так как тяжелые металлы по пищевой цепочке поступают в молоко 1. Проблема снижения загрязнения кормов тяжелыми металлами актуальна. Для ее решения наиболее целесообразно использование биологических способов, исключающих дополнительный экологический риск. Наиболее перспективно сочетание минеральных удобрений с бактериальными удобрениями на основе природных штаммов ризосферных бактерий, способных стимулировать рост и улучшать минеральное питание многолетних трав, обеспечивая поступление элементов питания непосредственно в корневую зону трав за счет биологической мобилизации. 17998 1 2014.02.28 Известным способом снижения содержания тяжелых металлов (ТМ) в растениеводческой продукции является применение органических и минеральныхудобрений, что способствует улучшению питания трав, повышает их урожайность и тем самым обеспечивает разбавление концентрации ТМ в продукции. Другим фактором действия органических и минеральных удобрений является повышение окультуренности почв. На окультуренных почвах, содержащих больше органического вещества, переход тяжелых металлов в продукцию снижается за счет уменьшения их подвижности. Органическое вещество почвы играет протекторную роль, способствуя иммобилизации ТМ в результате образования устойчивых комплексных или хелатных соединений с гуминовыми и фульвокислотами 1. Для снижения поступления ТМ в продукцию необходимо повышать окультуренность почв и урожайность многолетних трав. Внесение фосфорных и калийных удобрений повышает окультуренность почв, урожайность трав и способствует минимизации накопления ТМ в фитомассе. В отношении азотных удобрений, играющих решающую роль в формировании урожая многолетних злаковых трав, ситуация неоднозначная. Дефицит азота приводит к снижению урожайности и, соответственно, к увеличению концентрации тяжелых металлов в продукции, а повышенные дозы азотных удобрений могут способствовать аккумуляции тяжелых металлов в биомассе трав 1. Снижение уровня применения азотных удобрений при одновременном поддержании оптимального режима азотного питания трав возможно за счет внесения бактериальных удобрений на основе азотфиксирующих бактерий. Биологическая азотфиксация обеспечивает эффективное использование атмосферного азота и является экологически обоснованной альтернативой азотным удобрениям. В Институте почвоведения и агрохимии разработано бактериальное удобрение на основе штамма ассоциативных азотфиксирующих бактерий-4485 2. Это удобрение изготавливается в двух препаративных формах твердой (торфяной препарат) и жидкой (жидкий препарат). Ранее изготавливали и применяли твердый торфяной препарат . -4485 и его водную суспензию, что отражено в ряде патентов Республики Беларусь 2, 9. Для промышленного применения наиболее удобна жидкая форма бактериального удобрения. В связи с этим жидкий препарат . -4485 прошел государственную регистрацию в Главной Государственной инспекции по семеноводству,карантину и защите растений и получил название Азобактерин (Удостоверение 216. Регистрационный номер 11-08-0004 от 26 апреля 2006 года. Копия прилагается). Утверждены технические условия на Удобрение бактериальное Азобактерин по ТУ 100079183.003-2005 10. Наиболее близким по технической сущности является способ повышения продуктивности многолетних злаковых трав, предусматривающий повышение урожайности злаковых трав путем применения бактериальных удобрений 9. Однако в этом техническом решении применяли торфяной препарат-4485 и не использовали жидкий Азобактерин А с модифицирующей добавкой, а в качестве азотного удобрения вносили аммиачную селитру 43, содержащую аммонийную и нитратную формы азота. Не решалась задача повышения эффективности Азобактерина за счет совершенствования его препаративной формы и введения модифицирующей добавки яблочнокислого натрия, а также задача оптимизации формы азота в минеральном удобрении, что имеет существенное значение для повышения активности азотфиксации. Указанные недостатки не позволяли в полной мере использовать потенциал бактериального удобрения для повышения урожайности многолетних злаковых трав, в том числе для минимизации накопления тяжелых металлов в продукции. Поставленная задача решается тем, что предложен способ снижения накопления цинка и свинца в урожае тимофеевки луговой, возделываемой на дерново-подзолистых супесчаных почвах, включающий внесение минеральных и бактериальных удобрений, при этом 2 17998 1 2014.02.28 используют нитратные формы азотных удобрений (3) в дозах, не превышающих 30 кг/га действующего вещества, а фосфорные (двойной суперфосфат) и калийные (хлористый калий) удобрения в дозах 4080, в качестве бактериального удобрения используют жидкий Азобактерин с добавкой 1,5-2,0 г яблочнокислого натрия на 1 л препарата,который вносят при предпосевной бактеризации семян, предварительно смешивая с водой(1 л Азобактерина и 6-7 л воды на 1 т семян), а также для ежегодной обработки посевов в начале весенней вегетации смесью, состоящей из 1 л Азобактерина и 150-200 л воды в расчете на 1 га. Цель достигается за счет применения бактериального удобрения Азобактерин, содержащего активный штамм азотфиксирующих бактерий-4485 2, 10,которые обеспечивают оптимизацию азотного питания, позволяют снижать дозы азотных удобрений в среднем на 30 кг/га, стимулируют рост и повышают продуктивность многолетних трав 2-5. При этом стимулирующее действие штамма на инокулированные растения выражается в увеличении объема корней на 28-30 , их сырой массы - на 43-54 ,высоты растений - на 8-10 , их сырой массы - на 22- 255. Немаловажную роль для повышения адаптивного потенциала инокулированных растений трав играет способность штамма . -4485 к мобилизации труднорастворимых фосфатов почвы, что позволяет дополнительно обеспечить растения физиологическими количествами фосфора 5. Для повышения эффективности Азобактерина в его состав вводят модифицирующую добавку - яблочнокислый натрий (1,5-2 г/л), который по нашим данным является наиболее предпочтительным источником углерода для размножения азоспирилл. Одним из факторов,определяющих эффективность бактеризации, является численность внесенных бактерий в корневой зоне растений. Введение модифицирующей добавки позволяет оптимизировать условия размножения . -4485 в корневой зоне, и обеспечить устойчивый эффект от бактериального удобрения на урожайность многолетних трав, и снизить переход тяжелых металлов в вегетативную массу. Как правило, наибольший вклад бактериальных удобрений в формирование урожая отмечают при их рациональном сочетании с минеральными. В случае применения азотфиксаторов большое значение имеет форма азота в минеральном удобрении, так как она существенно влияет на активность азотфиксирующей ассоциации растение-штамминокулянт. Опыт наших исследований с Азобактерином свидетельствует о повышении его эффективности при использовании нитратных форм азотных удобрений. Наибольший ингибирующий эффект на активность азотфиксации оказывают амидные и аммонийные соединения азота по сравнению с нитратными 6, 7. Литературные данные также подтверждают, что ионы аммония ингибируют активность нитрогеназы по принципу репрессии конечным продуктом 8. В связи с этим в вегетационных экспериментах мы использовали калийную селитру 3 и не использовали аммонийные и амидные формы удобрений. Применение Азобактерина в сочетании с калийной селитрой и РК-удобрениями на почвах, загрязненных тяжелыми металлами, позволяет снижать уровень их накопления в урожае многолетних злаковых трав и получать более чистую кормовую продукцию. Использование природных штаммов ризобактерий не представляет экологической опасности и не может нанести вред окружающей среде. Этот прием позволяет снижать дозы внесения азотных удобрений, повышать урожайность многолетних злаковых трав и минимизировать поступление ТМ в кормовую продукцию. Сущность использования изобретения поясняется следующими примерами Пример 1. Загрязнение почв цинком представляет серьезную экологическую проблему. Даже при невысоком загрязнении почвы отмечается достаточно интенсивный переход цинка в растения и его избыточное накопление во всех надземных органах. При этом содержание цинка практически одинаково в зерне и вегетативной массе многолетних трав. Наиболее 3 17998 1 2014.02.28 высокая способность к накоплению цинка отмечается у многолетних злаковых трав,включая тимофеевку 1. Исследования по влиянию бактеризации тимофеевки луговой ( ) Азобактерином в сочетании с внесением РК-удобрений и калийной селитры на урожайность и накопление цинка в фитомассе проводили в вегетационных экспериментах на дерновоподзолистой супесчаной почве в течение 3-х лет. Емкость вегетационных сосудов - 5,5 кг почвы. Агрохимические показатели почвы гумус 1,8(по Тюрину)5,8-5,9 подвижные формы (по Кирсанову) 25 185-200 мг/кг и 2 180-200 мг/кг. Для достижения концентрации цинка в почве на уровне 300 мг/кг вносили водорастворимую соль 272. В каждый сосуд высевали по 20 семян тимофеевки, в дальнейшем оставляли по 15 растений. Формы удобрений калийная селитра, калий хлористый и двойной суперфосфат. Дозы удобрений (ф.в.) 3 - 0,72 г/сосуд (0,1 г д.в.), калий хлористый - 1,36 г/сосуд(0,83 г д.в.), двойной суперфосфат - 1,43 г/сосуд (0,66 г д.в.), что в пересчете на 1 га почвы условно соответствует 304080 кг/га. Повторность в эксперименте шестикратная. При закладке вегетационного эксперимента для предпосевной бактеризации семян тимофеевки луговой использован жидкий препарат Азобактерин (титр 3-4109 клеток/мл) с модифицирующей добавкой яблочнокислого натрия (1,5-2 г/л). В последующие годы посевы тимофеевки в начале весенней вегетации обрабатывали смесью следующего состава из расчета на 1 га 1 л Азобактерина 150-200 л воды. Для перезимовки сосуды с растениями помещали в вегетационный павильон. Учет урожая тимофеевки луговой проводили в каждом сосуде посредством срезания растений, их взвешивания, определения и учета влажности растений. Содержание цинка в зеленой массе растений определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре -30. Установлено, что применение Азобактерина в сочетании с калийной селитрой и РКудобрениями достоверно повышало урожай тимофеевки луговой. Наиболее высокий уровень прибавок зеленой массы отмечен при проведении инокуляции семян в сочетании с весенней обработкой посевов, в среднем за 3 года прибавка зеленой массы составила 9,1 г/сосуд. Инокуляция семян и инокуляция почвы оказывали сравнимое влияние на урожай зеленой массы (табл. 1). Таблица 1 Влияние минеральных удобрений и Азобактерина на урожайность и содержание цинка в зеленой массе тимофеевки луговой Урожай Содержание з/м, г/сосудв з/м, мг/кг 1-й год жизни Фон -300 мг/кг 79,2 86,0 Фонинокуляция семян 80,0 78,4 Фонинокуляция почвы 81,0 78,2 Фонинокуляция семян и почвы 83,4 74,8 05 1,1 4,2 2-й год жизни Фон -300 мг/кг 95,2 81,0 Фонинокуляция семян 97,4 73,5 Фонинокуляция почвы 96,8 74,5 Фонинокуляция семян и почвы 104,6 68,4 05 1,4 4,8 Вариант 17998 1 2014.02.28 Урожай Содержание з/м, г/сосудв з/м, мг/кг 3-й год жизни Фон -300 мг/кг 84,0 82,3 Фонинокуляция семян 88,3 75,2 Фонинокуляция почвы 86,5 74,9 Фонинокуляция семян и почвы 92,4 71,0 05 1,5 3,9 Среднее за 3 года Фон -300 мг/кг 81,0 83,1 Фонинокуляция семян 85,2 75,7 Фонинокуляция почвы 85,9 75,9 Фонинокуляция семян и почвы 90,1 71,4 05 1,3 4,3 Вариант Все изученные способы внесения Азобактерина обеспечивали снижение содержания цинка в зеленой массе тимофеевки луговой. Установлена корреляция степени снижения перехода цинка из почвы в фитомассу с величиной прибавки зеленой массы. Наибольший эффект по снижению накопления цинка в вегетативной массе, на 14 в среднем за 3 года,получен также при инокуляции семян в сочетании с инокуляцией посевов при весеннем отрастании тимофеевки луговой (табл. 1). Аналогичная закономерность отмечена и по годам исследований. Вегетационный эксперимент показал, что применение Азобактерина в сочетании с невысокой дозой азота (30) в форме калийной селитры на фоне 4080 оптимизирует азотное питание и снижает накопление цинка в растениях тимофеевки. Снижение загрязненности фитомассы по цинку обусловлено повышением продуктивности тимофеевки и соответствующим разбавлением тяжелого металла в урожае. Пример 2. Многолетние травы отличаются более интенсивным поглощением свинца по сравнению с зерновыми культурами. Установлено, что трехкратное увеличение содержания свинца в дерново-подзолистой супесчаной почве может приводить к повышению его содержания в фитомассе на 190-340 . Для большинства трав загрязнение почвы свинцом на уровне 30 мг/кг приводит к его избыточному накоплению в вегетативной массе, превышающему МДУ для кормов 5. Исследования по влиянию бактеризации тимофеевки луговой ( ) Азобактерином в сочетании с внесением РК-удобрений и калийной селитры на урожайность и накопление свинца в зеленой массе также проводили в вегетационных экспериментах на дерново-подзолистой супесчаной почве в течение 3-х лет. Агрохимические показатели почвы перед закладкой вегетационного эксперимента гумус 1,8(по Тюрину)5,8-5,9 подвижные формы (по Кирсанову) 25 185200 мг/кг и 2 180200 мг/кг. Для создания концентрации свинца на уровне 180 мг/кг в почву вносили растворимую соль(3)23 2. Использовали вегетационные сосуды емкостью 5,5 кг почвы. В каждый сосуд высевали по 20 семян тимофеевки, оставляя в дальнейшем по 15 растений. Формы удобрений калийная селитра, калий хлористый и двойной суперфосфат. Дозы удобрений (ф.в.) 3 0,72 г/сосуд (0,1 г д.в.), калий хлористый - 1,36 г/сосуд (0,83 г д.в.), двойной суперфосфат 1,43 г/сосуд (0,66 г д.в.), что в пересчете на 1 га почвы условно соответствует 304080 кг/га. Повторность в вегетационном эксперименте шестикратная. При закладке вегетационного эксперимента для предпосевной бактеризации семян тимофеевки луговой использован жидкий препарат Азобактерин (титр 3-4109 клеток/мл) 5 17998 1 2014.02.28 с модифицирующей добавкой яблочнокислого натрия (1,5-2 г/л). В последующие годы посевы тимофеевки в начале весенней вегетации обрабатывали смесью следующего состава из расчета на 1 га 1 л Азобактерина 150-200 л воды. Для перезимовки сосуды с растениями помещали в вегетационный павильон. Учет урожая тимофеевки луговой проводили в каждом сосуде посредством срезания растений, их взвешивания, определения и учета влажности растений. Содержание свинца в зеленой массе растений определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре -30. Результаты эксперимента показали, что применение Азобактерина в сочетании с калийной селитрой и РК-удобрениями способствовало повышению выхода зеленой массы тимофеевки луговой. Наиболее высокий уровень прибавок зеленой массы отмечен при проведении инокуляции семян в сочетании с весенней обработкой посевов, в среднем за 3 года прибавка зеленой массы составила 8,4 г/сосуд. Инокуляция семян и инокуляция почвы были сравнимы по эффективности (табл. 2). Все изученные в вегетационном опыте способы бактеризации обеспечивали снижение накопления свинца в зеленой массе тимофеевки луговой. Степень снижения перехода свинца из почвы в фитомассу коррелировала с величиной прибавки урожайности. Наибольший эффект по снижению накопления свинца в вегетативной массе, на 20 в среднем за 3 года, отмечен также при сочетании инокуляции семян и посевов при весеннем отрастании тимофеевки луговой (табл. 2). Таблица 2 Влияние минеральных удобрений и Азобактерина на урожайность и содержание свинца в зеленой массе тимофеевки луговой Урожай з/м, СодержаниеСнижение содержания г/сосуд в з/м, мг/кг 2 в з/м,1-й год жизни Фон -300 мг/кг 80,7 4,2 Фонинокуляция семян 82,6 3,6 14,3 Фонинокуляция почвы 84,6 3,7 11,9 Фонинокуляция семян и почвы 85,4 3,4 19,0 05 1,00 0,40 2-й год жизни Фон -300 мг/кг 84,6 3,9 Фонинокуляция семян 86,6 3,3 15,4 Фонинокуляция почвы 88,7 3,5 10,3 Фонинокуляция семян и почвы 97,2 3,1 20,5 05 1,28 0,22 3-й год жизни Фон -300 мг/кг 82,4 4,0 Фонинокуляция семян 85,9 3,5 12,5 Фонинокуляция почвы 86,3 3,4 15,0 Фонинокуляция семян и почвы 90,3 3,2 20,0 05 1,25 0,35 Среднее за 3 года Фон -300 мг/кг 82,6 4,0 Фонинокуляция семян 85,0 3,5 12,5 Фонинокуляция почвы 86,5 3,5 12,5 Фонинокуляция семян и почвы 91,0 3,2 20,0 05 1,18 0,32 Результаты исследований показали, что применение Азобактерина на фоне невысокой дозы азота (30) в форме калийной селитры и 4080 оптимизирует азотное питание и Вариант 17998 1 2014.02.28 снижает аккумуляцию свинца в растениях тимофеевки. Снижение загрязненности зеленой массы обусловлено повышением урожайности и соответствующим разбавлением содержания свинца в урожае. Таким образом, предлагаемое техническое решение обладает всеми признаками новизны, его эффективности и условиями промышленного применения. Источники информации 1. Головатый С.Е. Тяжелые металлы в агроэкосистемах. РУП Институт почвоведения и агрохимии. - Минск, 2002. - С. 5-8, 110-118. 2. Патент РБ 4632, 2002. 3. Михайловская Н.А., Лученок Л.Н., Юрко Л.А., Курилович Н.Н., Дюсова С.В. Эффективностьна многолетних травах // Ахова раслн. - Минск, 2002.3. - С. 8-10. 4. Михайловская Н.А., Жила Г.В., Юрко Л.А. Эффективность бактеризации ежи сборной-4485 на дерново-подзолистой супесчаной почве Сб. научн. трудов Института почвоведения и агрохимии. Почвенные исследования и применение удобрений, 2004. - Вып. 2 8 . - С . 217-222. 5. Михайловская Н.А., Миканова О., Барашенко Т.Б., Барашенко Т.В. Сравнительная активность фосфатмобилизации у ризобактерий // Почвоведение и агрохимия. - 2007.1(38). - С. 225-231. 6. Вильдфлуш И.Р., Кукреш С.П., Михайловская Н.А., Куруленко В.М. Действие новых форм азотных удобрений и Азобактерина на урожай и качество ячменя // Почвенные исследования и применение удобрений. - 1997. - Вып. 2 4 . - С . 170-176. 7. Михайловская Н.А., Барашенко Т.Б., Курилович Н.Н., Дюсова С.В. Эффективность бактеризации ячменя на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве // Почвоведение и агрохимия. - 2005. -2(35). - С. 146-152. 8.. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7