Да не оскудеет земля-кормилица…

Александр Сысо, д.б.н., заместитель директора ИПА СО РАН, заведующий лабораторией биогеохимии почв, Сергей Худяев, к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории биогеохимии почв ИПА СО РАН

Сибирь имеет большой потенциал для развития животноводства и кормопроизводства. Однако, как заявляют сибирские ученые, широкое использование этого потенциала ограничено природными почвенно-агрохимическими и эколого-биогеохимическими особенностями территории региона, прогрессирующими тенденциями деградации продуктивности сельхозугодий и техногенного загрязнения почвенного и растительного покрова тяжелыми металлами и искусственными радионуклидами
Ученые Новосибирского института почвоведения и агрохимии СО РАН, Новосибирского государственного аграрного университета, Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН провели мониторинг эколого-биогеохимических ситуаций в аграрных и промышленных районах юга Сибири.
О результатах этой работы, сделанных выводах рассказал заместитель директора Института поч-воведения и агрохимии СО РАН, заведующий лабораторией биогеохимии почв доктор биологических наук Александр Сысо.
— Александр Иванович, постоянно можно слышать, что на здоровье человека и животных главное влияние оказывает качество пищи. А из каких составляющих оно складывается?
— Залогом качества жизни и здоровья человека и животных по праву считается их сбалансированное по элементному и биохимическому составу питание. Его обеспечение требует получения экологически чистой и минерально-полноценной сельскохозяйственной продукции животноводства и растениеводства.
Анализ современных эколого-биогеохимических проблем, существующих в мире и России, указывает на актуальность двух из них, имеющих негативную тенденцию к обострению. Первая, наиболее яркая, обсуждаемая, но часто локальная и спекулятивная, это проблема техногенного загрязнения компонентов окружающей среды, в том числе избыточного поступления поллютантов в почвы и растения. Вторая, менее яркая и нередко замалчиваемая, но масштабная для всего мира, это проблема истощения плодородия почв сельскохозяйственных угодий, ухудшения минеральной и биохимической полноценности растительной и животноводческой продукции. Сочетание этих проблем на одной территории особенно губительно действует на растительные и животные организмы.
— Скажите, Александр Иванович, где и как проводились исследования?
— На естественных сенокосах и пастбищах, пахотных землях разных природно-климатических подзон юга Сибири — от южной тайги до степи, от юго-запада Западной Сибири от северного Зауралья (Тобол-Ишимского междуречья в Тюменской области) до юга Средней Сибири (Республика Тыва).
— Все ли растения или только выборочно подвергались изучению?
— Ботанический состав изученных кормовых трав был представлен разными видами растений. На сенокосах и пастбищах они разделялись по доминантным видам на злаковые и бобовые травы, существенно различающиеся по потребности в элементах питания, способности их поглощать из почвы и, как следствие, по элементному химическому составу (ЭХС) растительной продукции.
Влияние техногенного загрязнения на элементный химический состав растений изучали в Новокузнецком районе Кемеровской области.
— Обследовались ли травы на пахотных землях?
— Естественно. Сеяные на сенаж кормовые культуры, в основном пшеница и овес, срезались и из 15—25 растений, взятых в разных частях площадки, составлялись смешанные растительные образцы. Смешанные пробы почв отбирали так же, как и на естественных сенокосах, — из слоя 0—20 сантиметров.
Воздушно-сухие растительные пробы измельчали стальными ножницами и в муфеле при температуре 450 градусов по Цельсию превращали в золу. Полученную массу растирали в агатовой ступке. В золе разными методами определяли содержание 25 макро- и микроэлементов, в том числе тяжелых металлов.
— Какие выводы можно сделать по результатам исследований?
— Изучение элементного химического состава почв и растений сельхозугодий юга Сибири, наиболее освоенного в промышленно-сельскохозяйственном отношении, подтвердило характеристику этой части региона как сложную в эколого-биогеохимическом отношении территорию. Результаты исследования ярко продемонстрировали наличие здесь области борного засоления или борной биогеохимической провинции с избытком бора в почвах, водах и растениях, что обусловливает развитие у животных борного энтерита. К примеру, в Барабинской низменности и на Кулундинской равнине общее содержание бора в почвах превышает не только его среднюю концентрацию в осадочных породах и почвах мира, но и верхние пределы его агрохимической и биогеохимической норм, составляющих 33 и 30 миллиграммов на килограмм соответственно. На территориях же Тобол-Ишимского междуречья, а также в Средней Сибири — в Республике Тыва — почвы менее богаты бором и другими микроэлементами, прежде всего из-за более легкого — преимущественно супесчаного и легкосуглинистого гранулометрического состава почв.
— А есть ли территории, где содержание микроэлементов и тяжелых металлов в почвах и растениях находится за пределами допустимых уровней?
— В изученных почвах сельскохозяйственных угодий аграрных (условно экологически чистых) районов Сибири уровень валового содержания микроэлементов, за исключением бора, в основном находится в пределах агрохимической и биогеохимической норм, а концентрация тяжелых металлов не превышает предельно допустимых или ориентировочно допустимых значений. Таким образом, по гигиеническим, агрохимическим и биогеохимическим критериям изученные почвы сельхозугодий аграрных районов Сибири в целом гарантируют экологическую безопасность растительных кормов. Однако из-за прогрессирующего истощения почв они не всегда способны обеспечить потребности сельскохозяйственных культур в макро- и микроэлементах, минеральную полноценность растительной продукции.
В то же время результаты оценки содержания и отношения химических элементов в кормовых травах на сенокосах и пашнях показали неблагоприятную картину их минеральной полноценности и безопасности в качестве корма для животных. Причины этого следующие. Во-первых, в большинстве кормовых трав уровень концентрации кобальта, меди, молибдена, цинка оказался меньше значений нижнего критического (порогового) уровня концентрации, что предполагает дефицит изученных микроэлементов в рационе питания животных и вероятность их заболевания. Во-вторых, в некоторых кормовых травах наблюдается неблагоприятное — меньше нормы — отношение между кальцием и стронцием и кальцием и фосфором, что также чревато болезнями животных. В то же время в аграрных районах Сибири не выявлено существенного превышения в кормовых травах максимально допустимого уровня (МДУ) тяжелых металлов по российским критериям, а тем более максимально допустимой концентрации (МДК) по зарубежным критериям. Некоторое превышение МДУ хрома в кормовых травах лесостепи Барабинской низменности и степи Кулундинской равнины мы связываем не с техногенным загрязнением растений хромом, с преимущественно слабощелочной реакцией среды почв, способствующей подвижности хрома в почве и поглощению его растениями, а с загрязнением травяных кормов почвенной пылью. Оценка ЭХС кормовых трав юга Сибири в целом характерна для кормовых трав России и мира — повсеместно наблюдается дефицит меди и цинка и лишь локально наблюдается их загрязнение свинцом, кадмием и другими тяжелыми металлами.
Исследования показали также существенные отличия злаков от бобовых растений по элементному химическому составу. Например, бобовые больше чем злаки накапливают бор, кобальт, стронций, медь, молибден, никель, свинец и имеют меньшие значения (более неблагоприятные) отношения кальций-стронций и большие значения отношения кальций-фосфор. Последнее обусловлено большим накоплением кальция бобовыми растениями. Неблагоприятное же отношение кальций-фосфор в злаках может быть обусловлено не избытком фосфора в растениях, а недостатком в них кальция, тенденция дефицита которого, наряду с магнием, наблюдается не только в Сибири, но и в других регионах России.
В целом изучение ЭХС кормовых растений в аграрных районах Сибири свидетельствует о зависимости его как от особенностей потребности растений в элементах минерального питания и способности поглощать их из почв, так и от ландшафтно-геохимической специфики содержания в почвах химических элементов, их подвижности, от уровня плодородия почв и тенденции его изменения. Последняя — негативная, поскольку повсеместно наблюдается деградация плодородия почв, в том числе из-за усиления дефицита в них кальция, магния, фосфора, меди, цинка и других эссенциальных элементов. Кроме того, на ЭХС растений влияют синергизм и антагонизм элементов, проявляющиеся в почвах и в системе почва-растение.
Результаты исследований подтвердили данные предшествовавшего мониторинга элементного химического состава почв и сельскохозяйственных культур юга Западной Сибири, выполненного с целью выяснения тенденций его изменения. При этом было установлено, что на почвах сельхозугодий юга Западной Сибири, имеющих общее содержание эссенциальных микроэлементов в пределах биогеохимической нормы, а тяжелых металлов (Cd, Pb, Ni) — предельно допустимых концентраций, растительная продукция в основном является минерально-полноценной и экологически безопасной. В то же время в растительной продукции (зерне, овощах, кормовых культурах) выявлена тенденция повышения за последние двадцать лет содержания железа и марганца, с одной стороны, и уменьшения цинка, меди, кобальта, с другой стороны.
— Чем объясняются такие изменения?
— Подобные изменения ЭХС растений мы объясняем агрогенной трансформацией свойств почв, в том числе усилением их кислотности, снижением насыщенности основаниями кальция и марганца, уменьшением концентрации в почвах доступных растениям форм микроэлементов. Дальнейшее усиление избытка железа и марганца, дефицит цинка, меди, кобальта, а также оснований — кальций, магний, калий — при дисбалансе и антагонизме макро- и микроэлементов могут негативно сказаться на обеспеченности животных и человека достаточным количеством биофильных элементов, привести к ухудшению их репродуктивных функций и устойчивости к неблагоприятным условиям окружающей среды.