Агроценоз

                                              План

Введение…………………………………………………………………………….2-3

Глава 1. Агроэкосистемы…………………………..........................4-10

Глава 2. Цинк как микроэлемент……………………………………10-13

Глава 2.1. Цинковое голодание……………………………………..13-18

Глава 2.2. Цинковое загрязнение…………………………………..18-20

Глава 3. Статистические данные по цинку в Белгородской области……………………………………………………………………………20-29

Заключение………………………………………………………………………….30

Список использованной литературы…………………………………..31

                                    Введение

   Агроценоз – это созданный человеком вид экосистемы, предназначенный для получения продукции растениеводства и животноводства. Важной задачей специалистов является не только обеспечение продукцией сельского хозяйства, но и сохранение и повышение уровня плодородия почв. Важным фактором является применение удобрений.

Агроценоз от биоценоза имеет несколько отличий:

Первое отличие

   Состоит в разном направлении отбора. В природных экосистемах существует естественный отбор, отвергающий неконкурентоспособные виды и формы организмов и их сообществ в экосистеме и тем самым обеспечивающий её основное свойство — устойчивость. В агроценозах действует преимущественно искусственный отбор, направленный человеком прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. По этой причине экологическая устойчивость агроценозов невелика. Они не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Поэтому без участия человека, его неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав — 3—4 года, плодовых культур — 20—30 лет. Затем они распадаются или отмирают.

Второе отличие

   Состоит в источнике используемой энергии. Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце, точнее свет от него. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительную энергию, которую затратил человек на производство удобрений, химических средств против сорняков, вредителей и болезней, на орошение или осушение земель и т. д. Без такой дополнительной затраты энергии длительное существование агроценозов практически невозможно.

Третье отличие

   Сводится к тому, что в агроэкосистемах резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади (иногда десятки тысяч гектаров), часто является основной причиной их массового уничтожения специализированными насекомыми (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней (мучнисто-росяными, ржавчинными, головнёвыми грибами, фитофторой и др.).

Четвёртое отличие

   Состоит в разном балансе питательных элементов. В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях (сетях) питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. В агроценозе такой круговорот элементов резко нарушается, поскольку значительную их часть человек изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения.

Пятое отличие          ё

   Состоит в саморегуляционной изменчивости.  У биоценоза она не ограничена временными рамками, ей не нужно воздействие человека для обеспечения жизнедеятельнсти всех её оранизмов. Агроценоз так как созданный человеком без его участия не может продержаться долгое время. Максимальный срок существования агроценоза не более пяти лет при условии, что в нём возделываются только многолетние травы. По истечении этого срока в нём значительно увеличивается количество сорняков и вредителей, и агроценоз становится биоценозом.  

Естественные экосистемы, как правило, замкнуты, то есть отличаются весьма малыми потоками вещества и энергии через их границы. Любая сельскохозяйственная экосистема существенно отличается от природных экосистем значительными потоками вещества и энергии через ее границы из-за выноса веществ с урожаем, поступления удобрений, воды для орошения, пестицидов, и т.п. Центральным звеном в агроэкосистеме является почва, в которой, несмотря на массированные антропогенные воздействия, плодородие должно сохраняться на определенном уровне, чтобы обеспечивать ожидаемый уровень продукции. При этом возникает ряд проблем окружающей среды на уровне отдельного сельскохозяйственного поля. Другая группа проблем связана с воздействием сельского хозяйства на окружающую среду за пределами поля, и часто весьма далеко за пределами

Человек в агроценозе использует в основном азотные, фосфорные и калийные удобрения. При их избытке растения начинают потреблять большее количество микроэлементов. В результате этого возникает дефицит. В данной курсовой работе мы рассмотрим влияние и свойства одного из них, а именно цинка.

Глава 1

Агроэкосистемы

   Агроэкосистемы занимают примерно 10% всей поверхности суши (1,2 млрд. га) и дают человечеству около 90% всей пищевой энергии. Биологическая продуктивность их выше, но устойчивость ниже, чем у природных экосистем.

   Агроэкосистемы специфичны не только с точки зрения круговорота веществ. Энергетический цикл в них также складывается иначе, чем в природе. Если естественные энергетические процессы происходят в двух поясах — ’’зеленом” и ’’коричневом” — и обусловлены притоком солнечной энергии, то для агроэкосистем характерно значительное внешнее энергетическое воздействие со стороны обрабатывающих машин и агрегатов. Их использование в рамках технологии возделывания культуры по существу обеспечивает специализацию агроэкосистемы и рост ее продуктивности. По анализу Ю. Одума увеличение энергозатрат на гектар пашни от 0,7 до 7,5 кВт приводит к увеличению урожаев от 2 до 9т/га. Из сказанного следует, что для исследования продукционного процесса агроэкосистем необходимо развитие системного подхода. Опишем структуру сезонной модели агрофитоценоза пшеницы. Детальное описание модели, включая систему дифференциальных уравнений и обоснование метода их интегрирования, содержится в [1, 18]. Посев пшеницы можно с достаточной степенью точности рассматривать как составленный растениями, равномерно размещенными на некоторой площади. Внешние условия наряду с воздействиями со стороны вредителей, болезней и сорняков определяют динамику ростра и развития растений пшеницы и в конечном счете определяют уровень,урожая и его качество. С другой стороны, сами растения в процессе вегетации изменяют среду своего обитания, оказывают влияние на динамику влаго- и теплообмена в почве и приземном воздухе, изменяют радиационный, газовый режим и т.д. Поэтому комплексная модель продуктивности посевов должна включать в себя взаимосвязанные описания процессов, происходящих как в самих растениях, так и в среде их обитания.

  Агроэкосистемы с преобладанием зерновых культур существуют не более 1 года, многолетних трав — 3—4 года, плодовых культур.— 20—30 лет, а затем они распадаются и отмирают. Полезащитные лесные полосы также относятся к агроэкосистемам. В степной зоне они существуют 30 и более лет. Однако без поддержки человеком (рубки, ухода, дополнения и пр.) они постепенно «дичают», превращаясь в естественные экосистемы, или погибают.

   Агроэкосистемы имеют некоторые черты, роднящие их с природными экосистемами. Это сходство обусловлено тем, что развитие и рост культурных растений в период вегетации происходит под действием солнечной энергии, как и в природных экосистемах. Однако для функционирования агроэкосистем кроме энергии солнечного света необходимы дополнительные виды энергии, связанные с проведением сева и уборки урожая, обработкой почвы, применением минеральных удобрений и пестицидов.

   Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы, агроценозы) — искусственные экосистемы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища).

.

   В агроэкосистемы доиндустриального типа дополнительно вкладывается около 2ГДЖ/га в год, в многоотраслевое хозяйство развитых стран — 12—15, а в интенсивные механизированные агроэкосистемы развитых стран — 15—20 ГДЖ/га в год.

   Такие агроэкосистемы (агробиоценозы) можно уподобить сельскохозяйственным фермам, основанным на экологизации производства.

   Основу агроэкосистемы составляет культурный фитоценоз — многолетние и однолетние травы, зерновые колосовые сплошного сева, пропашные и др., — который пополняется сообществами насекомых-опылителей, животных и птиц.

   АГРОЦЕНОЗ (АГРОЭКОСИСТЕМА) — искусственная экологическая система (биогеоценоз), основные функции (прежде всего продуктивность) которой поддерживаются системой агрохимических мероприятий (вспашка, внесение удобрений, обработка ядохимикатами и т. д.). Без поддержки человека А. быстро распадается, возвращается в естественное состояние.

   Воздействия на агроэкосистемы будут весьма сложными и неоднозначными. Вследствие увеличения концентрации углекислого газа несколько возрастут величины фотосинтеза и, возможно, урожай. В районах, где земледелие лимитируется притоком тепла (например, в России и Канаде), вероятность повышения урожая увеличится. В аридных и семиаридных районах, где оно ограничено наличием доступной для растений влаги, изменение климата отразится неблагоприятным образом. Потребности в воде для орошения найдут серьезную конкуренцию с другими потребителями водных ресурсов - промышленностью и коммунальным водоснабжением. Более высокие температуры воздуха будут способствовать ускорению естественного разложения органического вещества почвы, снижая ее плодородие. Вероятность распространения вредителей и болезней растений увеличится.

   вредители играют важную роль в агроэкосистемах и при неконтролируемой плотности могут резко снижать урожай. ФИТОЦЕНОЗ - см. Растительное сообщество. ФЛУКТУАЦИИ (экосистем)-см. Циклические изменения экосистем.

   Смягчить пагубное влияние И. на биоту агроэкосистемы может интегрированный метод защиты растений и использование быстро разрушающихся И. избирательного действия, поражающих определенные виды вредителей. Тем не менее, в перспективе желательно отказаться от И. и применять только биологические методы защиты растений.

   Агроэкология — это научная дисциплина об агроэкосистемах, под которыми понимают вторичные, измененные при сельскохозяйственном производстве, экосистемы (поля, занятые сельскохозяйственными культурами, сады, огороды и т. п.).

   Эрозия в масштабах поля может оказывать в агроэкосистеме влияние на участки, расположенные от водораздела на значительном расстоянии. Это определяется тем, что смытая почва должна где-то скапливаться. Эрозия оказывает вредное воздействие также на озера и реки.

   Она повышает общее биологическое разнообразие агроэкосистемы, так как в лесах находят экологические ниши насекомые-энтомофаги и птицы, контролирующие плотность популяций вредителей (см. Система полезных симбиотических связей).

   Например, широко используется разведение и выпуск в агроэкосистемы насекомых-хищников: божьей коровки, жужелицы, муравьев и др. (биологическая защита), внедрение в природные популяции видов или особей, не способных давать потомство (генетический метод защиты), оптимизация размеров отдельных полей для подавления нежелательных видов (агротехнический метод) и т. д.

   Антропогенные  системы (промышленные и селитебные агломерации, агроэкосистемы) не могут стабильно существовать за счет только приходящей солнечной энергии, и для обеспечения собственной упорядоченности ,требуют колоссальных энергетических и материальных дотаций извне: сырьевых полезных ископаемых, древесины, запасенных в недрах энергоносителей. Получение этих дотаций возможно только из природных систем биосферы, что ведет к глобальному разрушению последних на огромных территориях: отходы производства вызывают загрязнение среды, оазисы и леса замещаются пустынями, реки и озера пересыхают и жизнь в них прекращается, образуются полностью нарушенные (например, "лунные" - брошенные карьеры) пейзажи. Характерный пример последних лет - Аральское море. Кроме того, любая созданная человеком система так или иначе замещает природную, формируясь на занятой ею в прошлом территории.

   К искусственным экосистемам относятся города и другие поселения, агроэкосистемы, индустриальные зоны.

   Широко используется биологическая защита — разведение и выпуск в агроэкосистемы божьей коровки, жужелицы, трихограммы, муравьев и других насекомых-хищников и паразитов.

   Требуют решения вопросы определения допустимой антропогенной нагрузки на агроэкосистемы в пределах каждого хозяйства, разработки соответствующих моделей и создания банка данных индикаторов состояния природной среды на разных участках сельскохозяйственной деятельности.

   Для уменьшения негативных последствий хозяйственной деятельности человека на агроэкосистемы необходимо применение природоохранных мероприятий агротехники, целью которых является приближение агробиоценозов к природным экосистемам. Это позволит создать устойчивые  агроэкосистемы, в которых поддерживается баланс питательных веществ в почве, продуктивность пастбищ, относительно высокое биоразнообразие и пр., т. е. превратить агроэкосистемы в гармонические составные части общего природного ландшафта Земли. Американский эколог В. Джексон, один из авторов книги «Сельскохозяйственные экосистемы» (1987, с. 221) пишет: «Веку эксплуатации экосистем должен прийти конец. Если для нас вообще существует сносное будущее, то сменит его век спасения экосистем... И, наконец, если разлад с природой с глубокой древности начался с сельского хозяйства, то пусть с него же начнется приближение к гармонии».

   БИОГЕОЦЕНОЗ — однородная экологическая система (участок леса, луга, степи). Однородный участок агроэкосистемы называется агробиогеоценозом.

   В условиях сельскохозяйственного использования почв и различного рода антропогенных воздействий на агроэкосистемы и природные почвы исключительное значение приобретают взаимодействия гумусовых веществ с агрохимикатами и загрязнителями. Есть данные, показывающие, что гумусовые вещества активно влияют на поведение в почвах питательных элементов минеральных удобрений, а также различных загрязнителей.

   Экологический «синдром» агроценоза — экологическое явление, состоящее в том, что эксплуатируемые для нужд человека агроэкосистемы неустойчивы по своей природе, ибо в условиях стресса они сильно уязвимы для конкурентов, возбудителей болезней, паразитов, хищников, стихийных бедствий и других факторов.

   Как и земледелие, животноводство имеет много разнообразных форм в связи с различиями природных условий и уровней развития общества. В животноводческих агроэкосистемах геоэкологические изменения более постепенны, но не менее глубоки. Не случайно, одна из проблем геоэкологии заключается в определении того, каким было исходное, до антропогенное состояние африканской саванны, поскольку она постепенно трансформировалась под влиянием многотысячелетнего и весьма интенсивного выпаса скота. В засушливых районах мира основная геоэкологическая проблема пастбищного скотоводства - постепенное истощение пастбищ, то есть прогрессирующее антропогенное опустынивание вплоть до уничтожения растительного и почвенного покрова.

   Основой агросистемы является искусственный фитоценоз, состоящий из сельскохозяйственных растений, который обычно дополняется сообществом животных — насекомых, птиц, млекопитающих, земноводных. Агроэкосистема находится в непосредственной связи с естественными условиями среды — почвой, почвенной и тмосферной влагой, почвенными микроорганизмами.

   Б. М. Миркин, Г. С. Розенберг и Л. Г. Наумова дают несколько иную характеристику агробиогеоценоза. Они считают, что агробиогеоценоз — это полевой участок, который представляет собой совокупность агробиоценоза и почвы с прилегающим слоем атмосферы. Агробиогеоценоз, по авторам, — элемент агроэкосистемы. Экосистема — безранговое понятие, совокупность биогенных и абиогенных компонентов участка суши, используемого для производства сельскохозяйственной продукции (растительной и животной). Биогеоценоз, по Н. Ф. Реймерсу, больше напоминает то, что Б. М. Миркин и его соавторы называют агроэкосистемой. В то же время термином «агроэкосистема» нередко обозначают и теплицы, и оранжереи, и поля, и животноводческие фермы, и индивидуальные или коллективные хозяйства, и аграрные ландшафты, и агросферу.

   В 90-е годы Л.Л. Шишов и его коллеги, используя представления о законах гармонии и энерго-массопереноса, дают новое определение почвенного плодородия как «специфического свойства почвы, характеризующего накопленные ресурсы вещества, энергии и информации, которые используются растениями в процессе функционирования агроэкосистемы». Однако и оно не исчерпывает всей сущности этого уникального свойства почв, благодаря которому развивается жизнь на Земле.

   Естественные экосистемы, как правило, замкнуты, то есть отличаются весьма малыми потоками вещества и энергии через их границы. Любая сельскохозяйственная экосистема существенно отличается от природных экосистем значительными потоками вещества и энергии через ее границы из-за выноса веществ с урожаем, поступления удобрений, воды для орошения, пестицидов, и т.п. Центральным звеном в агроэкосистеме является почва, в которой, несмотря на массированные антропогенные воздействия, плодородие должно сохраняться на определенном уровне, чтобы обеспечивать ожидаемый уровень продукции. При этом возникает ряд проблем окружающей среды на уровне отдельного сельскохозяйственного поля. Другая группа проблем связана с воздействием сельского хозяйства на окружающую среду за пределами поля, и часто весьма далеко за пределами.

   В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности. И если у природных экосистем биологическая продуктивность обеспечивается действием естественных законов природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосистемах всецело зависит от такого субъективного фактора, как человек, уровня его агрономических знаний, технической оснащенности, социально-экономических условий и т. д., а значит, остается непостоянным.

   В почву поступают не только органические остатки отмерших растений (первичное органическое вещество), но и продукты их микробиологической трансформации, а также остатки животных (вторичное органическое вещество). Первичная продуктивность различных наземных экосистем неодинакова и лежит в пределах от 1—2 т/га в год сухого органического вещества (различные виды тундры) до 30— 35 т/га в год (влажные тропические леса) (см. табл. 3). В агроэкосистемах в почву поступает растительных остатков от 2—3 т/га в год (пропашные культуры) до 7—9 т/га в год (многолетние травы). Практически все органическое вещество почвы перерабатывают микроорганизмы и представители почвенной фауны. Конечными продуктами этой переработки являются минеральные соединения. Однако конкретные пути трансформации первичных органических соединений и образование различных по устойчивости и сложности органических продуктов, их участие на различных этапах трансформации в почвообразовании и питании растений во многом остаются неисследованными.

  В последние годы проводятся широкие исследования по экологической оптимизации степного природопользования, основной целью которых является установление предельных параметров (коэффициены распаханности и лесистости, степень зарегулированности поверхностного стока, нагрузка скота на единицу площади, индекс экологического разнообразия и др.), при которых еще может существовать устойчивый степной ландшафт. Все это позволит максимально использовать полезные свойства ландшафта, уменьшить возможные их потери и снизить антропогенные нагрузки на агроэкосистемы степной зоны.

   Для очищения почв от атразина используют посевы кукурузы, сорго, сахарного тростника на фоне высоких доз органических и минеральных удобрений. В настоящее время разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать процессы накопления и разложения пестицидов в агроэкосистемах (К. Рэуце, С. Кырстя, 1986).

   На описательном уровне развития науки столь противоположные подходы на самом деле дополняли друг друга, а не противоречили один другому. Если нет «целого», или «системы», то нам неоткуда будет выделить компоненты, а если нет составных частей, то не может быть целого (вспомним определение понятия «система» на с. 14). Практически же тот или иной подход зависит от цели исследования и в значительной мере от степени взаимосвязанности компонентов. При сильной взаимосвязанности компонентов качественно новые свойства, вероятнее всего, проявятся только на уровне целого. Следовательно, при мерологическом подходе эти важные свойства могут быть упущены. Но, что самое главное, конкретный организм в разных системах может вести себя совершенно по-разному, и эта изменчивость, очевидно, связана с тем, как данный организм взаимодействует с другими компонентами экосистемы. Например, многие насекомые в агроэкосистеме являются опасными вредителями, а в своих естественных местообитаниях они не опасны, так как там их держат под контролем паразиты, конкуренты, хищники или химические ингибиторы.

   Быстрое окисление гумуса и высвобождение газообразной СО2, в норме удерживаемой почвой, проявляется и в иных, более тонких и лишь недавно обнаруженным эффектах. Среди них — влияние СО2 на круговорот других элементов питания. Например, Нельсон (Nelson, 1 П()7), исследуя раковины двустворчатых моллюсков, показал, что в результате сведения лесов и распашки земель уменьшилось количество некоторых микроэлементов и почвенных водах. Он обнаружил, что раковины двустворчатых моллюсков из индейских кухонных куч возрастом 1000—2000 .чет содержат на 50— 100% больше марганца и бария, чем раковины современных моллюсков. Методом исключения Нельсон пришел к выводу, что скорость вымывания марганца и бария из подстилающих пород уменьшилась из-за уменьшения потока насыщенной СО2 кислой воды, циркулирующей глубоко в почве. Иными словами, вода в настоящее время имеет тенденцию быстро стекать по поверхности почвы, а не фильтруется через гумусовые слои. Эколог скажет, что современное изменение человеком ландшафта заметно повлияло на поток веществ из резервного фонда в обменный. Если мы понимаем происходящее и знаем, как исправить положение, то такие изменения не обязательно должны быть разрушительными. Агрономы пришли к выводу, что во многих районах для поддержания урожайности сейчас необходимо добавлять к удобрениям следовьте количества некоторых минеральных элементов (микроэлементов), поскольку агроэкосистемы не так хорошо, как природные, удерживают в обороте эти элементы.

Глава 2.

Цинк как микроэлемент

    Цинк – один из восьми микроэлементов, необходимых для нормального здорового роста и размножения растений; остальными приходятся бор, хлор, медь, железо, марганец, молибден и никель. Эти элементы относятся к «необходимым микроэлементам», так как они требуются в сравнительно малых количествах для растительных тканей (5 – 100 мг/кг). Некоторые из этих элементов, а именно: медь, железо, марганец и цинк, вдобавок с кобальтом, хромом, йодом и селеном, являются также необходимыми для животных.

   Основным источником цинка для растений является почва. Элемент легко адсорбируется как минералами, так и органическими компонентами, поэтому в большинстве типов почв наблюдается его аккумуляция в поверхностных горизонтах (Ермохин, Синдирёва, Трубина, 2002). Недостаток цинка в почвах приводит к нарушению обмена веществ, снижению продуктивности растений и качества их продукции.

   Причинами дефицита цинка могут служить низкие природные концентрации доступного растениям цинка в почвах, которые связаны:

- с низким валовым содержанием элемента в почвах;

- с факторами, обуславливающими низкую подвижность металла в почвах (высокое содержание гидроксидов железа, карбонатов, органических соединений, фосфатов). Так же отрицательно на подвижность в почвах и поступление цинка в растения влияют фосфаты почвы.

   По данным А. Н. Аристархова (2000), 95.5% от площади 44 млн. га плодородных почв страны содержат недостаточное количество подвижных форм Zn.

   Поскольку фосфор – один из главных элементов питания растений и постоянно вносится в возделываемую почву, его взаимодействие с цинком, как в самой почве, так и в растениях, становится одной из основных причин дефицита цинка в последних. ножения растений; остальными приходятся бор, хлор, медь, железо, марганец, молибден и никель. Эти элементы относятся к «необходимым микроэлементам», так как они требуются в сравнительно малых количествах для растительных тканей (5 – 100 мг/кг). Некоторые из этих элементов, а именно: медь, железо, марганец и цинк, вдобавок с кобальтом, хромом, йодом и селеном, являются также необходимыми для животных.

Цинковое голодание нарушает углеводный обмен у растений, процесс образования хлорофилла, изменение морфологических признаков растения (в частности, образование розеточности - побегов с укороченными междоузлиями и мелкими листьями) (Минеев, 2004).

   В растениях цинк не участвует в окислительно-восстановительных реакциях, поскольку не меняет степень окисления. Он входит в состав более 30 ферментов, в т. ч. фосфатазы, карбоангидразы, алкогольдегидрогеназа, РНК-полимераза и др. Карбоангидраза катализирует разложение гидрата окиси углерода на воду и углекислый газ. Эта реакция важна для процесса фотосинтеза. Фермент карбоангидраза, катализируя высвобождение CO, из гидрата окиси углерода, способствует его использованию в процессе фотосинтеза. Кроме того, цинк активирует такие ферменты, как енолаза, альдолаза, гексокиназа, триозофосфатдегидрогеназа. В этой связи понятно значение цинка для процессов дыхания и фотосинтеза.

Цинк играет важную роль при образованиифитогормона ауксина. Это связано с тем, что цинк, повышая активность триптофансинтетазы, влияет на образование аминокислоты триптофана — предшественника ауксина. Внесение цинка повышает содержание ауксинов и заметно сказывается на темпах роста растений. При дефиците цинка возрастает проницаемость мембран, что свидетельствует о роли этого элемента в структуре мембран, в поддержании их интеграции.

   Цинк влияет на белковый синтез, на активность РНКазы. Обнаружены белки, содержащие цинк и участвующие в репликации ДНК и транскрипции. Цинк входит в состав одного из факторов регуляции транскрипции в соединении с остатками гистидина и цистеина  («цинковые пальцы») (Якушина, Бахтенко, 2005).

  Урожай основной и побочной продукции ячменя по вариантам опыта распределился следующим образом (табл.2).

Таблица 2. Урожайные данные

вариант	масса зерна, г		масса соломы, г
контроль	2,3		2,3
NPK	8,9		9,8
NP2 K	10,1		10,9
NP3 K	9,4		11,6
Zn 3 мг/кг	2,5		2,7
Zn 10 мг/кг	1,5		2,2
NPK+ Zn 3 мг/кг	9,9		10,8
NP2 K+ Zn 3 мг/кг	8,2		10,9
NP3 K+ Zn 3 мг/кг	8,8		11,1
NPK+ Zn 10 мг/кг	5,0		8,3
NP2 K+ Zn 10 мг/кг	7,8		10,1
NP3 K+ Zn 10 мг/кг	8,7		10,2
НСР0,5	1,4		0,8

Кочиан (Kochian, цитировано по Alloway, 2004) предложил, что перемещение цинка через плазматическую мембрану направлен мощным отрицательным зарядом, и, следовательно, этот процесс термодинамически пассивен. Этот отрицательный заряд плазматической мембраны движет цинк во множестве потоков дивалентных катионов в двудольных и однодольных за исключением злаков. Кочиан (Kochian, цитировано по Alloway, 2004) предположил, что безбелковые аминокислоты, именуемые «фитосидерофорами» или «фитометаллофорами», создают комплексное соединение с цинком и выводят его на поверхность плазматической мембраны корневой клетки. Эти фитосидерофоры выделяются из корней в результате дефицита железа и цинка. Получившийся комплекс в дальнейшем транспортируется в клетку с помощью белка-транспортёра.

Глава 2.1.

Цинковое голодание

   Цинковое голодание нарушает углеводный обмен у растений, процесс образования хлорофилла, изменение морфологических признаков растения (в частности, образование розеточности - побегов с укороченными междоузлиями и мелкими листьями) (Минеев, 2004).

   Растения на недостаток цинка реагируют следующим образом: во-первых, на них образуются узкие и закрученные в спираль листья, во-вторых, ткань между жилками обесцвечивается, вследствие чего жилки на общем фоне отчетливо выделяются как зеленая сетка

   Цинковое голодание обычно связано с низким содержанием в почве подвижных форм цинка. Установлено, что доступность цинка снижается при внесении в почву извести и фосфатов. В связи с этим недостаток его особенно сильно проявляется на карбонатных почвах, при рН 7 и выше. Структура почвы и наличие в ней органического вещества также оказывают большей-1 влияние на доступность цинка: обогащение почвы органическим веществом, вероятно, приводит к переходу его в нерастворимые соединения. Однако продолжительное применение минеральных удобрений, не содержащих цинка, без применения навоза способствует развитию заболевания, а внесение навоза, в котором, очевидно, всегда присутствует некоторое количество солей цинка, снижает его дефицит.

   Признаки цинкового голодания у овощных культур в полевых условиях обнаруживаются редко. Выражаются они в появлении пятнистости листьев, которые становятся желтыми, а иногда приобретают бронзовый оттенок. У томатов образуются ненормально мелкие хлоротичные листья, напоминающие мел-колистность плодовых деревьев.

   При цинковом голодании растений появляются хлоротичные пятна на листьях, которые становятся бледно-зелеными, а у некоторых растений почти белыми. У яблони и ореха при недостатке цинка развивается так называемая розеточная болезнь, выражающаяся в том, что на концах ветвей образуются мелкие листья, располагающиеся в форме розетки. У косточковых пород и винограда при недостатке цинка наблюдается так называемая мелколи-стность, у цитрусовых культур - крапчатость листьев, а у грецкого ореха - желтуха.

   При цинковом голодании плодовых почек закладывается очень мало. Урожайность резко падает, причем плоды становятся мелкими и имеют уродливую форму. Когда розеточность-появляется в конце периода роста растений, ее признаки бывают выражены менее четко.

Для устранения цинкового голодания рекомендуется проводить опрыскивание деревьев 4 - 5 % - ным раствором сульфата цинка в период покоя или опрыскивание листвы 0 1 % - ным раствором той же соли после опадения цветочных лепестков.

   В полевых условиях цинковое голодание может наблюдаться также у фасоли, сои, льна и других культур.

Таблица 1. Дозы цинковых удобрений под основные культуры

Культуры	Южно-таёжно-лесная зона	Лесостепная зона	Степная зона	Сухостепная зона
Зерновые	2.9 (2.3 – 3.2)	2.7 (2.7 – 3.2)	3.3 (3.0 – 3.7)	2.5 (2.3 – 2.6)
кукуруза (з. м.)	2.5 (2.0 – 3.0)	2.9 (2.0 – 3.0)	5.0 (4.0 – 5.0)	5.5 (5.5 – 6.5)
кукуруза (зерно)	-	3.9 (3.5 – 4.5)	4.1 (4.0 – 5.0)	6.3 (5.5 – 6.5)
зернобобовые	-	4.2 (4.0 – 5.0)
сахарная свёкла	4.1 (3.5 – 4.5)	3.3 (3.0 – 4.0)	3.0 (3.0 – 4.0)	3.7 (3.0 – 4.0)
картофель	4.3 (4.0 – 5.0)	3.5 (3.0 – 4.0)

   Таким образом, цинковое голодание растений в той или иной степени отмечается, по сути дела, почти во всех районах возделывания цитрусовых. В связи с установлением цинкового голодания растений в литературе отмечается применение цинковых удобрений под цитрусовые и тунговое дерево.

   Раннее появление розеточности в весенний период является признаком сильного цинкового голодания яблони. В этом случае иногда наблюдается слабый хлороз листьев, который легко спутать с хлорозом, появляющимся при недостатке железа или марганца.

   Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что отсутствие каких-либо внешних признаков цинкового голодания еще не является показателем нормального питания растений этим элементом.

   Многими исследователями доказана связь между обеспеченностью растений цинком и образованием и содержанием в них ауксинов. Цинковое голодание вызывается отсутствием активного ауксина в стеблях растений и очень пониженной его деятельностью в листьях.

   Цинковое голодание замечается у плодовых деревьев на карбонатных почвах в засушливых районах страны; внешне оно проявляется в образовании на концах ветвей побегов с укороченными междоузлиями и мелкими листьями.

   Из бобовых культур весьма чувствительны к недостатку цинка фасоль и соя. Показателем цинкового голодания служит появление хлороза на л истьях.

   Таким образом, цинковое голодание растений в той или иной степени отмечается, по сути дела, почти во всех районах возделывания цитрусовых. В связи с установлением цинкового голодания растений в литературе отмечается применение цинковых удобрений под цитрусовые и тунговое дерево.

   Следует, однако, заметить, что большинство схем патогенетического механизма энтеропатического акродерматита учитывают различия связывания цинка в грудном и коровьем молоке. Поскольку в норме подсосные телята не испытывают цинкового голодания, то либо у них функционирует иной механизм всасывания цинка, чем у человека, либо существует еще другое объяснение этого генетического дефекта, общее для обоих заболеваний.

   В некоторых почвах растениям может недоставать цинка, который входит в фермент карбоангидразу, активирующую дыхание растений. Этот микроэлемент регулирует работу фермента рибо-нуклеазы, гидролизующего белок, причем разложение белковых веществ усиливается при цинковом голодании культур. Содержание цинка в растениях составляет 15 - 70 мг на 1 кг сухого вещества.

   В Южной Англии недостаток цинка установлен для фруктовых деревьев. Отмечается, что при содержании усвояемого цинка менее 10 мг на 1 кг воздушно-сухой почвы у плодовых деревьев появляются признаки цинкового голодания. Рекомендуется опрыскивание листьев 0 1 % - ным раствором сульфата цинка после опадения цветочных лепестков или опрыскивание 4 - 5 % - ным раствором сульфата цинка деревьев в период покоя. Молибден применяется под бобовые, цветную капусту и некоторые другие культуры.

   При недостатке его в почве разрушаются так называемые ростовые вещества растений - ауксины. Цинковое голодание иногда наблюдается на песчаных, супесчаных, гравийных и карбонатных почвах у кукурузы, бобовых, плодовых и цитрусовых. В качестве микроудобрений применяют промышленные отходы, содержащие соли цинка.

   Цинк входит в состав ряда ферментов, участвующих в процессах фотосинтеза и дыхания растений. При недостатке цинка интенсивность этих процессов снижается. Цинковое голодание приводит к разрушению ростовых веществ и задержке роста растений.

   Цинк входит в состав ряда ферментов, участвующих в процессах фотосинтеза и дыхания растений. При недостатке цинка интенсивность этих процессов снижается. Цинковое голодание приводит к разрушению ростовых веществ и задержке роста растения.

   В некоторых почвах содержится недостаточное количество усвояемого для растений цинка. При его недостатке растения плохо развиваются или останавливаются в росте. Резко выраженное цинковое голодание приводит к заболеванию растений.

   У груши симптомы недостатка цинка появляются в тех же условиях, что и у яблони. Черешня еще более чувствительна к недостатку цинка, чем яблоня, которая в свою очередь более чувствительна по сравнению с другими плодовыми культурами, ореховыми или цитрусовыми. Признаки цинкового голодания у черешни выражаются в появлении мелких, узких и деформированных хлоротичных листьев. Хлороз вначале появляется на краях листьев и постепенно распространяется к средней жилке листа. Недостаток цинка у персиковых деревьев характеризуется хлорозной крапчатостью листьев, появляющейся в конце лета. Признаки цинкового голодания иногда появляются и на однолетних деревьях, но обычно это заболевание отмечается на двухлетних и более старых деревьях. При острой форме цинкового голодания вслед за мелколистностью на следующий год может произойти отмирание ветвей, а в особо тяжелых случаях через 3 - 4 года может наступить полная гибель дерева.

   У груши симптомы недостатка цинка появляются в тех же условиях, что и у яблони. Черешня еще более чувствительна к недостатку цинка, чем яблоня, которая в свою очередь более чувствительна по сравнению с другими плодовыми культурами, ореховыми или цитрусовыми. Признаки цинкового голодания у черешни выражаются в появлении мелких, узких и деформированных хлоротичных листьев. Хлороз вначале появляется на краях листьев и постепенно распространяется к средней жилке листа. Недостаток цинка у персиковых деревьев характеризуется хлорозной крапчатостью листьев, появляющейся в конце лета. Признаки цинкового голодания иногда появляются и на однолетних деревьях, но обычно это заболевание отмечается на двухлетних и более старых деревьях. При острой форме цинкового голодания вслед за мелколистностью на следующий год может произойти отмирание ветвей, а в особо тяжелых случаях через 3 - 4 года может наступить полная гибель дерева.

   У груши симптомы недостатка цинка появляются в тех же условиях, что и у яблони. Черешня еще более чувствительна к недостатку цинка, чем яблоня, которая в свою очередь более чувствительна по сравнению с другими плодовыми культурами, ореховыми или цитрусовыми. Признаки цинкового голодания у черешни выражаются в появлении мелких, узких и деформированных хлоротичных листьев. Хлороз вначале появляется на краях листьев и постепенно распространяется к средней жилке листа. Недостаток цинка у персиковых деревьев характеризуется хлорозной крапчатостью листьев, появляющейся в конце лета. Признаки цинкового голодания иногда появляются и на однолетних деревьях, но обычно это заболевание отмечается на двухлетних и более старых деревьях. При острой форме цинкового голодания вслед за мелколистностью на следующий год может произойти отмирание ветвей, а в особо тяжелых случаях через 3 - 4 года может наступить полная гибель дерева.

   Первый признак недостатка цинка - появление хлоро-тичных пятен на листьях, которые становятся светло-зелеными, а у некоторых растений - почти белыми. У плодовых и некоторых других деревьев ( орех пекан, грецкий орех и др.) при Недостатке цинка появляются так называемая розеточность листьев и мелколистность, которая выражается в том, что на концах ветвей образуются мелкие листья, располагающиеся в форме розетки. Листья приобретают ненормальную форму, междоузлия укорачиваются. Через несколько лет у больных деревьев отмирают ветви. Урожай с таких деревьев уменьшается. На больных растениях плоды не образуются, или они бывают мелкими и имеют уродливую форму. По мере развития болезни хлоротичность листьев увеличивается, а молодые листья остаются мелкими. Заболевание затрагивает и корни деревьев. На заболевшем дереве резко снижается урожай плодов, при цинковом голодании может произойти и гибель растения. Больные растения содержат значительно меньше цинка, чем здоровые.                     

Глава 2.2.

Цинковое загрязнение

   Всевозрастающее внимание к охране окружающей среды вызвал особый интерес к вопросам воздействия на почву тяжелых металлов, которые в первую очередь относятся в приоритетным веществам – загрязнителям почвы.

   С исторической точки зрения интерес к этой проблеме появился с исследованием плодородия почв, поскольку такие элементы, как железо, марганец, медь, цинк, молибден и, возможно, кобальт, очень важны для жизни растений и, следовательно, для животных и человека.

   Они известны и под названием микроэлементов, потому, что необходимы растениям в малых количествах. К группе микроэлементов относятся также металлы, содержание которых в почве довольно высокое, например, железо, которое входит в состав большинства почв и занимает четвертое место в составе земной коры (5%) после кислорода (46,6%), кремния (27,7%) и алюминия (8,1%) [12, с. 10].

   Все микроэлементы могут оказывать отрицательное влияние на растения, если концентрация их доступных форм превышает определенные пределы. Некоторые тяжелые металлы, например, ртуть, свинец и кадмий, которые, по всей видимости, не очень важны для растений и животных, опасны для здоровья человека даже при низких концентрациях.

   Выхлопные газы транспортных средств, вывоз в поле или станции очистки сточных вод, орошение сточными водами, отходы, остатки и выбросы при эксплуатации шахт и промышленных площадок, внесение фосфорных и органических удобрений, применение пестицидов и т.д. привели к увеличению концентраций тяжелых металлов в почве.

   До тех пор, пока тяжелые металлы прочно связаны с составными частями почвы и труднодоступны, их отрицательное влияние на почву и окружающую среду будет незначительным. Однако, если почвенные условия позволяют перейти тяжелым металлам в почвенный раствор, появляется прямая опасность загрязнения почв, возникает вероятность проникновения их в растения, а также в организм человека и животных, потребляющие эти растения. Кроме того, тяжелые металлы могут быть загрязнителями растений и водоемов в результате использования сточных ила вод. Опасность загрязнения почв и растений зависит: от вида растений; форм химических соединений в почве; присутствия элементов противодействующих влиянию тяжелых металлов и веществ, образующих с ними комплексные соединения; от процессов адсорбции и десорбции; количества доступных форм этих металлов в почве и почвенно-климатических условий. Следовательно, отрицательное влияние тяжелых металлов зависит, по существу, от их подвижности, т.е. растворимости.

   Тяжелые металлы в основном характеризуются переменной валентностью, низкой растворимостью их гидроокисей, высокой способностью образовывать комплексные соединения и, естественно, катионной способностью.

   К факторам, способствующим удержанию тяжелых металлов почвой относятся: обменная адсорбция поверхности глин и гумуса, формирование комплексных соединений с гумусом, адсорбция поверхностна и окклюзирование (растворяющие или поглощающие способности газов расплавленными или твердыми металлами) гидратированными окислами алюминия, железа, марганца и т.д., а также формирование нерастворимых соединений, особенно при восстановлении.

   Тяжелые металлы в почвенном растворе встречаются как в ионной так и в связанной формах, которые находятся в определенном равновесии

   Содержание цинка в почве колеблется от 10 до 800 мг/кг, хотя чаще всего оно составляет 30-50 мг/кг. Накопление избыточного количества цинка отрицательно влияет на большинство почвенных процессов: вызывает изменение физических и физико-химических свойств почвы, снижает биологическую деятельность. Цинк подавляет жизнедеятельность микроорганизмов, вследствие чего нарушаются процессы образования органического вещества в почвах. Избыток цинка в почвенном покрове затрудняет ферментацию разложения целлюлозы, дыхания, действия уреазы.

   Тяжелые металлы, поступая из почвы в растения, передаваясь по цепям питания, оказывают токсическое действие на растения, животных и человека.

   Цинк и медь менее токсичны, чем названные тяжелые металлы, но избыточное их количество в отходах металлургической промышленности загрязняет почву и угнетающе действует на рост микроорганизмов, понижает ферментативную активность почв, снижает урожай растений.

   Следует отметить усиление токсичности тяжелых металлов при их совместном воздействии на живые организмы в почве. Совместное воздействие цинка и кадмия оказывает в несколько раз более сильное ингибирующее действие на микроорганизмы, чем при такой же концентрации каждого элемента в отдельности.

   Поскольку тяжелые металлы и в продуктах сгорания топлива, и в выбросах металлургической промышленности встречаются обычно в различных сочетаниях, то действие их на природу, окружающую источники загрязнения, бывает более сильным, чем предполагаемое на основании концентрации отдельных элементов.

   Вблизи предприятий естественные фитоценозы предприятий становятся более однообразными по видовому составу, так как многие виды не выдерживают повышения концентрации тяжелых металлов в почве. Количество видов может сокращаться до 2-3, а иногда до образования моноценозов.

Глава 3.

Статистические данные по цинку в Белгородской области  

 В современном земледелии низкая обеспеченность почв подвижными формами микроэлементов является одним из негативных факторов, отрицательно влияющих на урожайность и качество продукции сельскохозяйственных культур (Соколов и др., 2008; Лукин, 2011; Черников и др., 2013). В живых организмах они входят в состав ферментативного и витаминного комплексов. Дефицит микроэлементов в почве создает барьеры для поглощения растениями отдельных макроэлементов.

   Химические элементы, обязательные (облигатные) для живых организмов и растений, содержащиеся в величинах порядка 0,01-0,00001%, относятся к микроэлементам (Виноградов, 1957). Некоторые авторы относят элементы, содержащиеся в сухой массе растений в количестве 0,01-0,001%, к микро- элементам, а менее 0,0001% – к ультра микроэлементам (Шеуджен и др., 2005). Поскольку большинство микроэлементов имеет атомную массу более 40, к ним применим термин «тяжёлые металлы» (Алексеев, 1987).    

     Микроэлементы, концентрации которых нетоксичны, имеют важнейшее функциональное значение для жизнедеятельности человека, животных и растений – они интенсифицируют процессы построения растительного организма, составляя определенное количество (долю) массы сухого вещества. Роль микроэлементов в физиологических процессах живых организмов многообразна и многостороння, комплексна, но до конца не изучена, даже для главных из них (Войнар, 1960; Ищенко, Бутник, 1991; Акулов и др., 1995).

     Согласно ГОСТ 17.4.1.02-83 в зависимости от степени токсического воздействия на окружающую среду для всех химических элементов устанавливаются классы опасности. Цинк относится к элементам первого класса опасности (высоко опасным веществам). Однако все элементы при их высоких концентрациях могут быть токсичными, а элементы, являющиеся потенциально токсичными, при незначительных концентрациях не оказывают негативного воздействия на поч- вы, животных и растения (Лукин, 1999; 2012). Следовательно, понятия «микроэлементы» и «тяжелые металлы» , являются категориями больше не качественного, а количественного порядка, которые привязаны к крайним вариантам экологической ситуации (Ильин, Сысоев, 2001; Четверикова, 2013).

Содержание цинка в почве.

Цинк в почве находится в разных формах: в составе кристаллической решетки минералов (первичных и вторичных), в обменной форме, в виде водорастворимых солей и в составе органического вещества (Ковда, 1973; Bruemmer, 1985). Стоит отметить, что цинк в составе почвенных минералов практически недоступен растениям, хорошо доступны только его обменные и водорастворимые формы (Протасова, Щербаков, 2003). В почвах, незагрязненных цинком, варьирование концентраций элемента весьма существенно – от 10 до 300 мг/кг. А.П. Виноградов в своих работах определил кларк элемента - 50 мг/кг. По данным других ученых (В.Б. Ильина (1991)), в аллювиальных песках содержится 30,6 мг/кг, в лёссовидных суглинках – 71,7 мг/кг (территория Западной Сибири), в лёссовидных легких и средних суглинках – 33,8 мг/кг , в лёссовидных тяжёлых суглинках и глинах – 51,2 мг/кг (ЦЧО).26 В максимальных концентрациях цинк содержится в ряде аллювиальных почв, а также солончаков и каштановых почв, в минимальных – в светлых минеральных почвах. В почвенных зонах России вариация концентраций находится в пределах 11 - 100 мг/кг (Виноградов, 1957). Высокими концентрациями микроэлемента (до 100 мг/кг) характеризуются торфянисто- глеевые, торфяно-глеевые почвы на глинах и тундровые почвы. Установлено, что почвы с более тяжелым гранулометрическим составом значительно бога- че цинком, чем с легким. Так, по данным Ю.А. Мажайского (2003), для серых лесных почв Рязанской области в пахотном слое характерно содержание цинка в размерности 67,0 мг/кг, для дерново-подзолистых песчаных почв - 12,5 мг/кг, для чернозёмов выщелоченных - 55,7 мг/кг. По результатам работ Н.А. Протасовой и А.П. Щербакова (2003), среднее содержание валового цинка в почвах пашни Центрально-Черноземной области для тёмно-серых лесных почв равно 43,7 мг/кг, для чернозёмов оподзоленных – 48,3 мг/кг, для чернозёмов выщелоченных – 52 мг/кг, для чернозёмов типичных – 62 мг/кг, для чернозёмов обыкновенных – 64,4 мг/кг, для чернозёмов южных – 70,5 мг/кг. К настоящему моменту наработано много фактического материала о закономерностях содержания и распространения ряда тяжелых металлов в почвах отдельных субъектов РФ, о реакциях живых организмов на их дефицит или избыточные концентрации. Однако следует отметить, что по многим регионам ощущается недостаток информации о химическом составе почв, а полноту современной базы знаний в данной области, по мнению Д. С. Орлова, можно определить как поверхностное прикосновение к этой проблематике (Орлов, 2005 ).

Содержание цинка в растениях .

   Поступление химических элементов в растения происходит через систему корней и поверхность листьев, при этом у растений явно просматривается особенность избирательно поглощать необходимые элементы для процессов жизнедеятельности (Виноградов, 1952). Двумя главными факторами, формирующими химический состав растения, являются: экологический, показывающий уровень концентрации элементов в питательной среде, и генетический, который обуславливает способность избирательного поглощения элементов различными видами живых организмов .

   Цинк. Ряд исследований показал пределы нормального содержания цинка – от 20 до 60 мг/кг сухого вещества. Определены и токсичные концентрации элемента для растений, которые приводят к уменьшению урожайности; они находятся в диапазоне от 300 до 500 мг/кг в пересчете на сухое вещество (Игонов, Каргин, 2012).

Нормирование содержания цинка в почве.

 Главная цель нормирования заключается в установлении критических значений поступления или наличия определенного  поллютанта , которые разграничивают нормальное состояние объекта от ненормального, благоприятное от неблагоприятного (Большаков и др., 1978). Под предельно допустимой концентрацией (ПДК) элементов в почве понимают такую их концентрацию, которая при продолжительном воздействии на почву и растения, которые на ней произрастают, не вызывает патологий или аномалий в ходе биологических процессов и не ведет к токсичному накоплению элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не нарушает экологический оптимум (Алексеев, 1987; Большаков и др., 1998)

Эле- мент	Уровни обеспеченности почв подвижными формами микроэлементов				ПДК (подвижные формы извлекаемые ААБ с рН 4,8)	ОДК/ПДК (валовое содержание)
						песчаные и супесчаные	суглинистые и глинистые
	Низкий		Средний	Высокий
							рНkcl <5,5	рНkcl >5,5
Zn	<2,0	2,1-5,0		>5,0	23	55	110	220
Cu	<0,20	0,21-0,50		>0,50	3	33	66	132
Co	<0,15	0,16-0,30		>0,30	5	не установлена
Мо	<0,10	0,11-0,22		>0,22	не установлена	не установлена
Ni	не установлены				4	20	40	80
Cr	не установлены				6 (Cr3+)	0,05 (Cr6+) / 100 (Cr3+ )

Чтобы дать экологическую оценку уровня загрязнения территорий элементами, в практической деятельности используют показатель суммарного загрязнения (Zc), который отражает дифференциацию загрязнения почв населенных пунктов тяжелыми металлами:

n

Zc = Σ Kcl – (n-1)

       i=1

где n - число конкретных ингредиентов; К - коэффициент концентрации элемента, который равен частному от деления массовой доли элемента в загрязненной и фоновой почвах. Экологическая оценка степени загрязнения почв элементами проводится по показателю суммарного загрязнения (Zc) и по оценочной шкале, представляющей собой совокупность градаций, которые разработаны на основе информационной базы о состоянии здоровья людей, которое проживает на территории с различным уровнем загрязнения почв элементами :

 Ориентировочная оценочная шкала опасности загрязнения почв по суммарному показателю (Методические указания по оценке ..., 1987)

Категория загрязнения почв	Величина Zс	Изменение показателей здоровья населения в очагах загрязнения
Допустимая	<16	Наиболее низкий уровень заболеваемости детей и минимум функциональных отклонений
Умеренно опасная	16-32	Увеличение общего уровня заболеваемости
Опасная	32-128	Увеличение общего уровня заболеваемости, числа часто болеющих детей, детей с хроническими заболеваниями, нарушением функционирования сердечно-сосудистой системы
Чрезвычайно опасная	>128	Увеличение заболеваемости детского населения, нарушение репродуктивной функции женщин (увеличение случаев токсикоза беременности, преждевременных родов, мертворождаемости, гипотрофии новорожденных)

   Большинство специалистов считают целесообразным применять данную оценочную шкалу и для экологической оценки загрязнения почв сельскохозяйственного назначения (Минеев, 1992; Черных, Сидоренко, 2003).

Нормирование содержания микроэлементов в растениеводческой продукции :

   Главным нормативным документом, обеспечивающим качество и без- опасность продуктов питания в РФ, является Федеральный закон «О качестве и безопасности пищевых продуктов» от 02.01.2000 № 29–ФЗ (в ред. от 30.12.2001). В соответствии с этим законом Министерством здраво- охранения России приняты санитарные правила и нормы СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов». В этом документе регламентировано нормирование содержания в пищевых продуктах элементов :

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ цинка В ПОЧВАХ.

   По мнению многих ученых, основная роль в процессах формирования количественного уровня микроэлементов в почвах принадлежит генезису, петрохимии и фациальным различиям материнской породы. Содержание микроэлементов определяет ряд факторов - реакция среды, количество в почве органического вещества, интенсивность процессов биологического круговорота элементов, механический состав почв и т.д. (Виноградов, 1957; Ковда и др., 1959; Черников и др., 1995; Черников, Яшин, 1995; Кауричев и др., 2000). Определение содержания микроэлементов в почвах является состав- ной частью агроэкологической оценки земель (Черногоров и др., 2012).

   Цинк в почве находится в обменной форме, в форме растворимых в во- де солей, в форме органического вещества и в составе кристаллической решетки минералов (Ковда, 1973; Bruemmer, 1985). Так как растения не используют цинк, входящий в состав минералов почвы, то главными формами поглощения элемента являются водорастворимая и обменная (Протасова, Щербаков, 2003). Процесс накопления цинка в растении определяется содержанием микроэлемента в почве, доступностью элемента растениям, реакцией среды почвы, уровнем обеспеченности другими элементами питания (Дьери, Зарин, 1965). Так, доступность цинка резко уменьшается с возрастанием концентрации в почвах кальция и фосфорных соединений, так как фосфаты образовывают с цинком труднодоступные для растений соединения. Кислая реакция почвенного раствора способствует возрастанию подвижности цинка, что обуславливает более активное его поглощение растениями (Горбылева и др., 1994; Бодеева, 2012). Концентрация элемента в незагрязненных почвах варьирует в очень большом диапазоне – 10 - 300 мг/кг. Кларк цинка по А.П. Виноградову равен 50 мг/кг (Виноградов, 1957). Согласно результатам работ Н.А. Протасовой и А.П. Щербакова (2003) концентрация валового цинка в пахотном слое чернозёмов выщелоченных Центрально – Черноземной области составляет в среднем 52±1,0 мг/кг. По данным Ю.А. Мажайского (2003), в пахотном слое чернозёмов выщелоченных Рязанской области концентрация валового цинка равна 55,7 мг/кг. В результате сплошного агрохимического обследования почв Белгородской области установлено, что в глинистых почвах с рНKCl>5,5 содержание цинка составляет 45,9 мг/кг, в глинистых почвах с рНKCl .

Агроэкологическая оценка уровня валового содержания цинка прово- дится агрохимической службой на основе утвержденных ориентировочно- допустимых концентраций (ОДК), которые для песчаных и супесчаных почв составляют 55, для суглинистых и глинистых с рНKCl5,5 – 220 мг/кг.

   В наших исследованиях установлено, что валовое содержание цинка в слое 10-20 см чернозёма выщелоченного заповедника «Белогорье» (участок «Ямская степь») равно 45,7 мг/кг. С увеличением глубины профиля почвы валовое содержание цинка в почвах естественных биогеоценозов уменьшается.

   Анализ результатов локального агроэкологического мониторинга установил, что среднее валовое содержание цинка в слое 0-20 см чернозёма вы- щелоченного составляет 37,1 мг/кг и с увеличением глубины достоверно снижается до 30,7 мг/кг в слое 81-100 см (табл. 3.1). Валовые запасы цинка в пахотном слое (при массе 3000 т/га) составляют 111,3 кг/га. Цинк является элементом для которого характерен биофильный режим накопления в горизонте гумусообразования, так как существенное содержание органического вещества приводит к образованию нерастворимых гуматов цинка. Данный процесс в черноземах выражен достаточно сильно. Пространственная вариабельность валового содержания цинка в чернозёмах выщелоченных была до- статочно велика (от 26,7 до 51,2 мг/кг). Обследование почв не выявило случаев превышения уровней ОДК.

Валовое содержание цинка в почве не дает объективной картины о его доступности культурам, следовательно, для оценки обеспеченности сельско- хозяйственных культур микроэлементом необходимо определение в почве со- держания его подвижных форм, которые извлекаются ацетатно-аммонийным буфером (ААБ) с рН 4,8.

   Многие исследователи отмечают, что содержание подвижных форм цинка в пахотных почвах ЦЧО низкое, и для получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур целесообразно применение микроудобрений (Копаева, 1971; Адерихин и др.,1981; Протасова, Щербаков, 2003).

Вариационно-статистические показатели содержания цинка в чернозёме выщелоченном, мг/кг.

Глубина отбора проб, см	lim	V,%
Валовое содержание
0-20	26,7-51,2	14,1
21-40	24,0-40,5	14,4
41-60	20,6-43,3	15,1
61-80	19,7-38,3	15,2
81-100	20,5-36,1	12,7
Подвижные формы
0-20	0,52-0,93	17,2
21-40	0,50-0,94	18,9
41-60	0,44-0,90	20,3
61-80	0,40-0,93	25,1
81-100	0,40-0,93	26,8

   Содержание подвижных форм цинка в целинном черноземе типичном заповедника «Белогорье» (участок «Ямская степь») составляет 0,79 мг/кг, что по современной оценочной шкале для пахотных почв соответствует низкому уровню.

   Среднее содержание подвижных форм цинка в чернозёме выщелочен- ном реперных объектов весьма незначительно и в слое 0-20 см составляет 0,74 мг/кг (порядка 2% от общего количества). Колебания содержания подвижных форм элемента по реперным объектам находятся в пределах 0,52- 0,93 мг/кг. Запасы подвижного цинка в пахотном слое почвы составляют 2,22 кг/га. С увеличением глубины почвенного профиля отмечается тенденция к снижению содержания подвижных форм цинка. Одним из наиболее значимых параметров, определяющих закономерности распределения подвижных форм элементов по почвенному профилю, является значение рНKCl почвенного раствора. В чернозёмах выщелоченных идет закономерная смена реакции среды с глубиной. На глубине 40-60 см (на границе горизонтов А и В) происходит резкое изменение значения величины рНKCl (с 5,5 до 6,0) и формируется щелочной барьер, способствующий снижению концентрации подвижных форм микроэлементов.

   Данные сплошного агрохимического обследования свидетельствуют о снижении содержания подвижного цинка в почвах Белгородской области за последние годы. Средневзвешенное значение показателя составляло за пери- од с 1990 по 1994 гг. – 1,44 мг/кг, за период с 1995 по 1999 гг. – 0,66 мг/кг, за период с 2000 по 2004 гг. – 0,51 мг/кг, за период с 2005 по 2009 гг. – 0,50 мг/кг. Только в 2010-2014 гг. наметилась тенденция к повышению данного показателя до 0,53 мг/кг (рис. 3.1). По результатам обследования за период с 2010 по 2014 годы 99,2 % пахотных почв области относятся к категории низкообеспеченных по содержанию подвижных форм цинка. Наиболее низкое содержание подвижного цинка наблюдается в почвах Ровеньского (0,39 мг/кг) и Старооскольского (0,41 мг/кг) районов, а наиболее высокое – в почвах Борисовского (0,77 мг/кг) и Ракитянского (0,66 мг/кг) районов.

   Наиболее низкие значения элемента характерны для юго-восточной части области, на которой распространены черноземы обыкновенные и цинк образует труднорастворимые карбонатные соединения. Более высокая концентрация подвижных форм цинка наблюдается на территории Среднерусской лесостепной провинции, которые приурочены в основном к поймам рек, с преобладающим подтипом почвы – чернозёмом выщелоченным и оподзоленным, и серыми лесными почвами.

   Среди причин низкой обеспеченности пахотных чернозёмов подвижным цинком можно выделить, по крайней мере, две. Во-первых, низкое фоновое содержание подвижных форм этих элементов в целинных почвах. Во- вторых, их отрицательный баланс в агроэкосистемах, вызванный низким уровнем использования органических удобрений, который наблюдался в Белгородской области на протяжении 1995-2009 гг. (Лукин и др., 2006; Меленцова, 2007; Корнейко, 2008)

   Для агроэкологического нормирования содержания подвижных форм цинка в почвах установлен уровень ПДК, равный 23 мг/кг. Пахотных почв с превышением данного ПДК на территории области никогда не выявлялось.

Распределение почв пашни по содержанию подвижных форм цинка (2009-2014 гг.), % от обследованной площади.

Район	Обследованная площадь, га	Содержание подвижных форм цинка, %			Средне- взвешенное содержание, мг/кг	рНKCl
		низкое < 2,0	среднее 2,0-5,0	высокое >5,0
Алексеевский	84877	99,9	0,1	0,0	0,49	6,3
Белгородский	57406	97,3	2,7	0,0	0,63	5,5
Борисовский	29188	96,7	2,8	0,5	0,77	5,2
Валуйский	49430	99,9	0,1	0,0	0,46	6,2
Вейделевский	74928	99,5	0,5	0,0	0,52	6,3
Волоконовский	71365	100,0	0,0	0,0	0,50	5,9
Грайворонский	37134	100,0	0,0	0,0	0,58	5,3
Губкинский	82292	99,7 0	0,2	0,1	0,45	5,5
Ивнянский	44351	96,3	3,1	0,6	0,60	5,3
Корочанский	67190	99,9	0,1	0,0	0,52	5,6
Красненский	36637	100,0	0,0	0,0	0,43	6,0
Красногвардейский	47767	99,7	0,3	0,0	0,44	6,1
Краснояружский	25692	97,6	1,5	0,9	0,58	5,4
Новооскольский	45021	99,7	0,3	0,0	0,42	5,8
Прохоровский	61786	100,0	0,0	0,0	0,58	5,4
Ракитянский	52991	98,5	1,5	0,0	0,66	5,6
Ровеньский	65115	99,8	0,2	0,0	0,39	6,6
Старооскольский	35618	99,7	0,3	0,0	0,41	5,8
Чернянский	68038	97,8	2,2	0,0	0,60	5,7
Шебекинский	83300	99,3	0,7	0,0	0,65	5,5
Яковлевский	54897	99,7	0,3	0,0	0,45	5,4
Область	1175023	99,2	0,7	0,1	0,53	6,3

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА СОДЕРЖАНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ В РАСТЕНИЕВОДЧЕСКОЙ ПРОДУКЦИИ .

Микроэлементный состав растительного покрова конкретного региона является важным индикатором качества окружающей среды. Цинк в растениях преимущественно содержится в диапазоне от 20 до 60 мг/кг в пересчете на сухое вещество. Фоновое содержание цинка в основных сельскохозяйственных культурах, возделываемых на реперных объектах Белгородской области, следующее: зерно озимой пшеницы – 28,4, зерно ячменя – 29,8, корнеплоды сахарной свёклы – 10,0 мг/кг в пересчете на абсолютно сухое вещество. В со- ломе озимой пшеницы содержание элемента составляло 7,4, ячменя – 11,7, ботве сахарной свёклы – 21 мг/кг абсолютно сухого вещества (Лукин, 2008). Токсическое действие цинка на растение фиксируется при содержании его в диапазоне от 300 до 500 мг/кг в пересчете на сухое вещество, что сопровождается резким снижением урожайности культур.

   В наших исследованиях в растительном покрове заповедника «Белогорье» (участок «Ямская степь»), представленном степным разнотравьем (до 45 видов на м2 с преобладанием ковыля, типчака, тонконога гребенчатого), со- держание цинка составляло в среднем 27,7 мг/кг абсолютно сухого вещества. Из сельскохозяйственных культур наиболее низкое содержание этого метал- ла отмечалось в зерне кукурузы (18,7 мг/кг), а наиболее высокое – в семенах подсолнечника (39,2 мг/кг) .

   В побочной продукции содержание цинка было ниже, чем в основной. Например, в семенах подсолнечника содержание цинка было в 2,9 раза выше, чем в побочной продукции. Такая закономерность связана с физиологической ролью цинка как активатора жизненно важных ферментов, необходимых в процессе онтогенеза растений.

Вариационно-статистические показатели содержания цинка в сельскохозяйственных культурах, мг/кг абсолютно сухого вещества.

С.-х. культура		lim	V, %
Кукуруза	Зерно	9,7-19,8	21,5
	Солома	2,73-14,2	34,8
Соя	зерно	31,9-37,0	3,5
	солома	5,39-9,10	12,8
Подсолнечник	семена	25,3-45,7	16,4
	стебли	5,33-14,30	24,7
Степное разнотравье (заповедник «Белогорье» участок «Ямская степь»)		26,5-28,7	2,8

   Соотношение основной продукции к побочной для кукурузы на зерно составляет 1:2, для сои – 1:1,2, для подсолнечника – 1:4 (Володин и др., 1999). Вынос цинка с урожаем зерна кукурузы в 5 т/га (при стандартной влажности зерна 14%) равен 72,7 г/га (при учете побочной продукции – 171,8 г/га), с урожаем зерна сои в 1,6 т/га – 47,3 г/га (при учете побочной продук- ции – 57,2 г/га), с урожаем семян подсолнечника в 2,0 т/га (при стандартной влажности 17%) – 64,9 г/га (с учётом соответствующего количества побочной продукции – 144,9 г/га).

   Коэффициент биологического поглощения цинка изучаемыми сельско- хозяйственными культурами был в пределах 2,9-42,2. Величина КБП для степного разнотравья составила 9,5.

   Коэффициенты использования запасов подвижного цинка из пахотного слоя почвы в среднем составляют: для кукурузы на зерно – 7,7%, сои – 2,6%, подсолнечника – 6,5%.

   Согласно действующим в настоящее время санитарным нормам и правилам (СанПиН 2.3.2.1078–01) содержание элемента в продукции растительного происхождения, которая используется в пищевых целях, не подлежит нормированию. Однако содержание цинка в кормах нормируется значениями максимально допустимых уровней. Фактов превышения МДУ содержания цинка в кормах на территории Белгородской области не зафиксировано.

Среднее содержание цинка в золе растений и коэффициенты биологического поглощения .

Сельскохозяйственная культура		Содержание в золе, мг/кг	КБП, (мг / кг золы раст) / (мг / кг почвы)
Кукуруза	зерно	1127	30,4
	солома	162	4,4
Соя	зерно	662	17,8
	солома	109	2,9
Подсолнечник	семена	1564	42,2
	стебли	233	6,3
Степное разнотравье (заповедник «Белогорье» участок «Ямская степь»)		433	9,5

Заключение.

1.      Среднее валовое содержание в пахотном слое чернозёмов выщелоченных лесостепной зоны ЦЧО цинка составляет 37,1. С увеличением глубины почвенного профиля валовое содержание цинка снижается . Превышения в почве ОДК и ПДК цинка не зафиксировано .

2.      По результатам сплошного обследования 2010-2014 гг. установлено, что 99,2% пахотных почв Белгородской области характеризуются низкой обеспеченностью подвижными формами цинка. За период наблюдений с 1990-1994 гг. по 2010-2014 гг. величина средне- взвешенного содержания подвижных форм цинка в пахотных почвах Белгородской области снизилась с 1,44 до 0,53 мг/кг.

3.      Наиболее низкое среднее содержание цинка , установлено в зерне кукурузы 16,9 . Наиболее высоким содержанием цинка (39,1 мг/кг) , характеризовались семена подсолнечника.

4.      Коэффициенты использования кукурузой, соей и подсолнечником за- пасов подвижных форм цинка из пахотного слоя почвы составили цинка – 2,6-7,7. Наиболее высокие коэффициенты использования цинка отмечались у растений кукурузы, а наиболее низкие – у растений сои.

5.      Коэффициент биологического поглощения изучаемыми культурами цинка был в пределах 2,9-42,2 . Этот металл можно отнести к группе накапливаемых в растениях.

6.      Основным источником поступления цинка в агроэкосистемы Белгородской области служат органические удобрения. За период с 2010 по 2013 гг. средняя доза внесения органических удобрений равнялась 3,95 т/га, и с ней в агроэкосистемы поступало 90,3% от общего количества цинка . Величина интенсивности баланса цинка составила 98,0 .

Список использованной литературы :

1.    Агроэкология / В. А. Черников, Р. М. Алексахин, А. В. Голубев и др.; Под ред. В.А. Черникова, А. И. Чекереса. — М.: Колос, 2000. — 536 с.: ил.

2.    Охрана окружающей среды: Учебник для вузов / Автор-составитель А.С. Степановских. — М.: Ю ДАНА, 2000. - 559 с.

3.    Сельскохозяйственная экология / Н.А. Уразаев, А.А. Вакулин, А.В. Никитин и др. — М.: Колос, 2000. — 304 с: ил.

4.    Сельскохозяйственная экология / Н.А. Уразаев, А.А. Вакулин, А.В. Никитин и др. — М.: Колос, 2000. — 304 с: ил.

5.    Алексеев Ю. В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. // Л.: Агропромиздат. 1987.

6.    Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение.

7.    Лукин С.В., Солдат И.Е., Пендюрин Е.А. Закономерности накопления цинка в сельскохозяйственных растениях. Агрохимия, 1999.

8.    Минеев В.Г. Практикум по агрохимии. Изд: МГУ. 2001.

9.    Агроклиматические ресурсы Белгородской области. - Л.: Гидроме- теоиздат, 1972. - 92 с

10.          Акулов, П.Г. Тяжелые металлы на выщелоченных черноземах Бел- городской области / П.Г. Акулов, Н.П. Богомазов, H.H. Нетребенко // Хими- зация сельского хозяйства. - 1995. - № 5. - С. 27-28.

11.          Атлас «Природные ресурсы и экологическое состояние Белгород- ской области»: учеб.-справ. картограф, пособие. - Белгород, 2005.