Содержание селена в почвах и растения лесостепи среднего Поволжья

            В середине ХХ века было сформулировано представление о том, что химический элемент селен является обязательной составной частью всех без исключения объектов биосферы. Он незаменимым в питании человека и животных [1,2,3]. Известно, что более 40 заболеваний связано с недостатком потребления селена. Являясь природным антиоксидантом, он участвует в защите организма от возникновения и развития кардиологических и некоторых онкологических заболеваний, метаболизме гормонов, репродукции, в выведении тяжелых металлов, способствует устойчивости к вирусным заболеваниям, поддержании иммунитета.

            Согласно современным данным, дефицит селена характерен для ряда стран СНГ и Балтии, многих областей Российской Федерации. Однако выбор путей решения проблемы селенодефицита для конкретного региона невозможен без предварительного изучения распределения селена в компонентах экосистем территорий, а также в продуктах питания местного происхождения.

            Целью настоящей работы явилось изучение содержания селена в биогеохимической цепи «почва-растение» в правобережной лесостепи Среднего Поволжья.

            Исследования проводились в условиях Пензенской области, территория которой расположена в центральной части лесостепной зоны Приволжской возвышенности.

            Объектами изучения содержания селена были целинные (залежные) черноземные почвы и растения лугово-степных сообществ памятников природы, а также пахотные почвы и сельскохозяйственные культуры.

            Отбор образцов черноземов – оподзоленного, выщелоченного и типичного (по Классификации, 1977г.) проводился из парных разрезов (целина-пашня) из верхних слоев в соответствие с требованиями почвенного обследования (ГОСТ 28168-89). Селен определялся на атомном спектрофотометре Analyst 800. Одновременно с почвенными образцами брались растительные пробы, которые подготавливались к анализу по «Методы…, 1969» [4]. Селен определялся флуорометрическим методом с применением 2,3 диаминонафталина (МКУ 4.1. 044-95).

            В вегетационном опыте изучалась зависимость содержания селена в растениях яровой пшеницы сорта Кинельская 59 от доз внесения селена в почву. Опыт проводился в сосудах, вмещающих 5 кг воздушно-сухой почвы, в условиях естественного фотопериода, температуры и освещенности. Уровни рН_KCI создавались 1М НCI и СаСО₃. Схема опыта приведена в таблице, повторность в опыте пятикратная.

            Почва – чернозем выщелоченный среднемощный среднегумусный тяжелосуглинистый на покровном суглинке. До закладки опыта характеризовалась следующими показателями: содержание гумуса 6,4%, доступных форм азота (по Корнфилду 104 мг/кг, Р₂О₅ - 164 мг/кг, К₂О - 131 т/кг (по Чирикову), Se – 0,11 мг/кг почвы рН_KCI 4,85 (ионометрически), сумма поглощенных оснований (по Каппену-Гильковицу) – 35,5, Нг (по Каппену) – 5,2 мг-экв/100 г почвы.

            Результаты определений анализировались математическими методами корреляционного, дисперсионного и регрессионного анализа [5] с применением программ «Statistic» и «Statgrafic».

Результаты исследований

            Изучение содержания селена в черноземах показало, что среднее его количество в верхних горизонтах составляет 160±6 мкг/кг почвы. Исходя из этой концентрации селена, в рамках имеющейся выборки, почвы основных подтипов черноземов можно расположить в следующий последовательности: типичный (268±16 мкг/кг) > выщелоченный (104±23) > оподзоленный (93±6 мкг/кг).

            На основании шкалы пороговых значений, предложенной Tan J et. al [2002] [6], почвы региона по обеспеченности селеном можно охарактеризовать следующим образом: черноземы типичные содержат оптимальное количество микроэлемента. Эти почвы занимают 7,2% земледельческой площади области. Выщелоченные черноземы (их 53,1%) имеют маргинальную недостаточность, оподзоленные черноземы (6,9%) находятся в зоне селенодефицита.

            Вместе с этим, результаты исследований показали, что содержание селена определяется не только подтиповыми особенностями чернозема, но и характером его использования. В целинных черноземах одного и того же подтипа селена больше на 30-40%, чем в пахотных аналогах.

             Установлено, что в почвах образованных на третичных глинах селена 12-17% меньше, чем в образованных на четвертичных суглинках.

            Среди изучаемых видов растений различных семейств (Бобовые, Капустные, Астровые, Гречишные, Злаковые), наибольшее количество селена как надземный массе, так и в корнях накапливают, бобовые растения (1,28-0,54 мг/кг), далее в убывающим порядке идут капустные (1,00 и 0,32 мг/кг), астровые (0,86 и 0,25 мг/кг), гречишные (0,740 и 0,24 мг/кг), злаковые (0,585 и 0,19 мг/кг сухой массы).

            В наших исследованиях не выявлено достоверной зависимости между содержанием валового селена в почвах и количеством микроэлемента в растениях козлятника восточного и ячменя произрастающих на них. Вероятно, это связано с тем, что селен в черноземах находится в формах недоступных для растений. О примерном количестве биодоступных форм селена в почве судили по коэффициенту биологического накопления (КБН), который представляет собой отношение микроэлемента в растении к общему содержанию его в почве. Эта величина составляла от 14 до 35% в зерне ячменя и от 11 до 18% в соломе, или 25-53% в хозяйственной части урожая.

В ряде работ отмечается, что на доступность селена для растений существенное влияние оказывает реакция почвенной среды [7,8].

Исследованиями, проведенными в условиях вегетационного опыта, где были смоделированы уровни рН_KCI от 5,5 до 7,25 ед (исходные значение – 4,85), установлено наибольшее количество селена независимо от фазы роста в зеленой массе яровой пшеницы отмечено на почве с близкой к нейтральной реакции среды (0,412 мкг/г). Это превышало его содержание в растениях выращенных на среднекислой почве (рН = 4,85) – в 2,1 раза, на слабокислый почве (рН = 5,50) – в 1,8 раза, на слабощелочной (рН = 7,25) – в 1,6 раза.

Таблица – Содержание селена в растениях яровой пшеницы в зависимости от уровня рН_KCI чернозема выщелоченного и доз его внесения в почву,

мг/г сухой массы

Статическая обработка экспериментального материала и его графическое отображение позволили установить, что по мере увеличения доз селена, вносимых в почву, концентрация его в растениях пшеницы существенно возросла. Так, в фазу кущения яровой пшеницы по мере роста доз селена содержание его повышалось в зависимости от уровня рН с 0,205 до 36,3 мг/кг сухого вещества (рисунок). Оптимальный уровень рН для максимального накопления селена составляет 6,0 ед.

Рисунок. Содержание селена в растениях яровой пшеницы (z) в зависимости от доз внесения микроэлемента в почву (х) и уровня рН_KCI (ц)

I - фаза кущения;         II – фаза колошения

            Зависимость между указанными показателями выражалась следующими уравнениями регрессии:

Z = - 57,06-17,04х + 19,6у + 21,6х² + 0,52ху – 1,60у²  R² = 0,798 (1)

Z = -46,32 – 19,24х + 16,02у + 21,05х² + 0,53ху²      R² = 0,733 (2)

            При этом содержание селена в растениях на 93,5-94,3% определялась дозами внесения в почву.

            Таким образом, черноземы центральной лесостепи Среднего Поволжья характеризуются в основном недостаточным содержанием селена, а в оподзоленных черноземах – селенодефецитом.

            Накопление селена растениями зависит от биологических особенностей последних, а также фазы их роста и развития.

Литература:

1. Ермаков, В.В. Биологическое значение селена / В.В. Ермаков, В.В. Ковальский. М.: Наука, 1974. – 289с.
2. Блинохватов, А.Ф. Селен в биосфере / А.Ф. Блинохватов, В.А. Вихрева, Г.В. Денисова и др. – Пенза.: РИО ПГСХА, 2001. – 324с.
3. Голубкина, Н.А. Исследование роли лекарственных растений в формировании селенового статуса населения России: Автореф. дис…, док. с.-х. наук / Н.А. Голубкина. – Москва, 1994. – 47с.
4. Ковальский, В.В. Методы определения микроэлементов в органах, тканях животных, растениях и почвах / В.В. Ковальский, А.Д. Гололобов. – М.: «Колос». 1969. – 272с.
5. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. – М.: Агропромиздат. – 1985. – 351с.
6. Tan J., Zhu W., Wang W., Li B.,Hou S., Wang D. And Yang L. Selenium in soil and endemic diseases in China// Sci.Tol. Environ, V.284.2002. P. 227-235.
7. Конова, Н.И. К вопросу о биохимии селена в различных геохимических условиях / Н.И. Конова // Микроэлементы. – 1993. – Вып. 30. – с. 43-48,
8. Скрыпник, Л.Н. Эколого-биохимические аспекты протекторной функции селена в растениях при окислительном стрессе: Автореф. дис. кан. биол. наук / Л.Н. Скрыпник – Калининград. КТУ. – 2009. – 23с.