esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2024-119-172-210esoil-802Research ArticleСтатьиИзменение элементного состава компонентов агроценоза на серой лесной почве при длительном применении минеральных и органических удобренийChanges in the elemental composition of agrocenosis components on gray forest soil under long-term application of mineral and organic fertilizershttps://orcid.org/0000-0002-0515-6114КотельниковаА. Д.KotelnikovaA. D.a.d.kotelnikova@gmail.comБорисочкинаТ. И.BorisochkinaT. I.КолчановаК. А.KolchanovaK. A.ШишкинМ. А.ShishkinM. A.ЕгоровФ. С.EgorovF. S.ОкорковВ. В.OkorkovV. V.РоговаО. Б.RogovaO. B.ФИЦ “Почвенный институт им. В.В. Докучаева”РоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian FederationВерхневолжский федеральный аграрный научный центрРоссияState Scientific Institution Vladimir Research Institute of AgricultureRussian Federation2024250620240119172210Copyright © Котельникова А.Д., Борисочкина Т.И., Колчанова К.А., Шишкин М.А., Егоров Ф.С., Окорков В.В., Рогова О.Б., 20242024Котельникова А.Д., Борисочкина Т.И., Колчанова К.А., Шишкин М.А., Егоров Ф.С., Окорков В.В., Рогова О.Б.Kotelnikova A.D., Borisochkina T.I., Kolchanova K.A., Shishkin M.A., Egorov F.S., Okorkov V.V., Rogova O.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/802

Проанализирован элементный состав почв и растений агроценоза на серой лесной почве Владимирского Ополья при длительном применении минеральных и органических удобрений. Оценивалось валовое содержание и содержание подвижных форм Ni, Cu, Zn, Co, Mn, Fe, содержание этих элементов в надземных органах растений, а также изменения основных агрохимических характеристик, способных влиять на доступность элементов для растений. Показано, что внесение минеральных удобрений способствует подкислению почвы, увеличению содержания органического углерода, подвижных форм фосфора. При этом варианты с совместным внесением минеральных и органических удобрений подвержены меньшему изменению данных характеристик, что может быть обусловлено увеличению буферной способности почвы в отношении компонентов, поступающих с минеральными солями, за счет вносимого органического вещества. Привнос в агроценоз Ni, Cu, Zn, Co, Mn, Fe с удобрениями (органическими и минеральными) не отразился на валовом содержании металлов в почве. Произошло изменение содержания подвижных форм металлов в почве, обусловленное изменением агрохимических параметров почв. Зафиксировано изменение содержания микроэлементов в растительной продукции. Снижение содержания Zn, Cu в растениях в вариантах с более интенсивным использованием удобрений (и с более высокой урожайностью) объясняется “эффектом разбавления”. Требует контроля низкое содержание Со в почве и недостаточное его поступление в растения. Совместное использование данных по изменению элементного состава почв и растений позволяет лучше дифференцировать варианты опыта в пространстве главных компонент при анализе этим методом и перспективно для мониторинга последствий агрогенной нагрузки разной степени. Полученные результаты могут учитываться при формировании критериев оценки минерального питания растений и норм внесения удобрений.

The paper analyzes the elemental composition of soils and plants of agrocenosis on the gray forest soil of Vladimir opolye under long-term application of mineral and organic fertilizers. The content of total and mobile forms of Ni, Cu, Zn, Co, Mn, Fe and the content of these elements in aboveground plant organs, as well as changes in the main agrochemical characteristics that can affect the availability of elements to plants were evaluated. It is shown that the application of mineral fertilizers contributes to soil acidification, increase in the content of organic carbon, mobile forms of phosphorus. At the same time, the variants with joint application of mineral and organic fertilizers are subject to less change of these characteristics, which may be due to the increased buffering capacity of the soil with respect to the components coming with mineral salts, due to the applied organic matter. Introduction of Ni, Cu, Zn, Co, Mn, Fe into agrocenosis with fertilizers (organic and mineral) did not affect the gross content of metals in soil. There was a change in the content of mobile forms of metals in the soil due to changes in agrochemical parameters of soils. Changes in the content of trace elements in plant products were recorded. The reduction of Zn, Cu content in plants on the variants with more intensive use of fertilizers (and with higher yield) is explained by "dilution effect". The low content of Co in the soil and its insufficient supply to the plants must be controlled. The joint use of data on changes in the elemental composition of soils and plants allows better differentiation of experimental variants in the space of principal components when analyzed by this method and is promising for monitoring the consequences of agrogenic load of different degrees. The results obtained can be taken into account in the formation of criteria for assessing the mineral nutrition of plants and fertilizer application rates.  

микроэлементыполевой опытоптико-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмойметод главных компонентtrace elementsfield experimentinductively coupled plasma optical emission spectrometryprincipal component analysisЧасть работы выполнена по теме НИР № 0439-2022-0010 “Изучить элементный состав системы почва – растение как фактор-индикатор состояния агроценоза и дисбаланс как критерий рисков химической деградации почв” (отбор образцов, анализ элементного состава образцов, обработка данных), и часть работ выполнена за счет гранта Российского научного фонда № 22-74-00003, https://rscf.ru/project/22-74-00003/ (пробоподготовка образцов, определение агрохимических характеристик образцов).Part of the work was carried out under the R&D plan No. 0439-2022-0010 “To study the elemental composition of the system soil – plant as a factor-indicator of the state of the agrocenosis and imbalance as a criterion of the risks of soil chemical degradation” (sampling, analysis of the elemental composition of samples, data processing), and part of the work was supported by the Russian Science Foundation № 22-74-00003, https://rscf.ru/project/22-74-00003/ (sample preparation, determination of agrochemical characteristics of samples).ReferencesВаженин И.Г. О нормировании загрязненности почвы выбросами промышленных предприятий // Химия в сельском хозяйстве. Т. 23. № 6. 1985. С. 42–45.Vazhenin I.G., O normirovanii zagryaznennosti pochvy vybrosami promyshlennykh predpriyatii (On regulation of soil pollution by emissions of industrial enterprises), Khimiya v sel'skom khozyaistve, 1985, Vol. 23, No. 6. pp. 42–45.Ермаков А.А., Дышко В.Н. Цинк и медь в агроценозе с разным уровнем обеспеченности подвижным фосфором // Проблемы агрохимии и экологии. 2008. № 2. С. 23–25.Ermakov A.A., Dyshko V.N., Tsink i med' v agrotsenoze s raznym urovnem obespechennosti podvizhnym fosforom (Zinc and copper in agrocenosis with different levels of mobile phosphorus supply), Problemy agrokhimii i ekologii, 2008, No. 2, pp. 23–25.Зинченко М.К. Экологическое состояние агроценозов серых лесных почв // Агрохимический вестник. 2009. № 4. С. 15–18.Zinchenko M.K., Ekologicheskoe sostoyanie agrotsenozov serykh lesnykh pochv (Ecological state of agrocenoses of gray forest soils), Agrokhimicheskii vestnik, 2009, No. 4, pp. 15–18.Ильин В.Б. Элементарный химический состав растений. Новосибирск: Наука, 1985. 129 с.Il'in V.B., Elementarnyi khimicheskii sostav rastenii (Elemental chemical composition of plants), Novosibirsk: Nauka, 1985, 129 p.Карпова Е.А. Состояние микроэлементов в агроэкосистемах // Техногенез и биогеохимическая эволюция таксонов биосферы. М.: Наука, 2003. С. 76–87.Karpova E.A., Sostoyanie mikroelementov v agroekosistemakh (Status of trace elements in agroecosystems), Tekhnogenez i biogeokhimicheskaya evolyutsiya taksonov biosfery, Moscow: Nauka, 2003, pp. 76–87.Карпова Е.А., Минеев В.Г. Тяжелые металлы в агроэкосистеме. М., 2015. 215 с.Karpova E.A., Mineev V.G., Tyazhelye metally v agroekosisteme (Heavy metals in agroecosystems), Moscow, 2015, 215 p.Клевлина Т.П. Микроэлементы в черноземах выщелоченных лесостепи Кузнецкой котловины и их влияние на продуктивность и качество яровой пшеницы: Автореф. дис. … канд. с-х. наук. Кемерово, 2010. 19 с.Klevlina T.P., Mikroelementy v chernozemakh vyshchelochennykh lesostepi Kuznetskoi kotloviny i ikh vliyanie na produktivnost' i kachestvo yarovoi pshenitsy: Avtoref. dis. ... kand. s.-kh. nauk (Microelements in chernozem leached forest-steppe chernozems of the Kuznetsk Basin and their influence on productivity and quality of spring wheat, Extended abstract of cand. agric. sci. thesis), Kemerovo, 2010, 19 p.Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 300 с.Koval'skii V.V., Geokhimicheskaya ekologiya (Geochemical ecology), Moscow: Nauka, 1974, 300 p.Конарбаева Г.А., Якименко В.Н. Эколого-агрохимическая оценка содержания тяжелых металлов в почве и растениях агроценоза // Проблемы агрохимии и экологии. 2017. №. 1. С. 16–21.Konarbaeva G.A., Yakimenko V.N., Ekologo-agrokhimicheskaya otsenka soderzhaniya tyazhelykh metallov v pochve i rasteniyakh agrotsenoza (Ecological and agrochemical assessment of heavy metal content in soil and plants of agrocenosis), Problemy agrokhimii i ekologii, 2017, No. 1, pp. 16–21.Кузнецов М.Н., Леоничева Е.В., Роева Т.А., Мотылева С.М., Малявко Г.П., Сычев, С.М. Содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве садовых агроценозов юга Нечерноземья // Современное садоводство – Contemporary horticulture. 2012. № 1(4). С. 24–33.Kuznetsov M.N., Leonicheva E.V., Roeva T.A., Motyleva S.M., Malyavko G.P., Sychev S.M., Soderzhanie podvizhnykh form tyazhelykh metallov v pochve sadovykh agrotsenozov yuga Nechernozem'ya (Content of mobile forms of heavy metals in the soil of garden agrocenoses in the south of the Non-Chernozem region), Sovremennoe sadovodstvo – Contemporary horticulture, 2012, No. 1(4), pp. 24–33.Методика количественного химического анализа. Определение примесных элементов в образцах Be, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Ba, La и других РЗЭ, Hf, Ta, W, Re, Os, Pb, Th и U, а также в образцах их оксидов и солей методом ИСП-МС. НСАМ № 501-МС // Отраслевая методика III категории точности. М.: РИС ВИМС, 2011. 36 с.Metodika kolichestvennogo khimicheskogo analiza. Opredelenie primesnykh elementov v obraztsakh Be, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Ba, La i drugikh RZE, Hf, Ta, W, Re, Os, Pb, Th i U, a takzhe v obraztsakh ikh oksidov i solei metodom ISP-MS (Methods of quantitative chemical analysis. Determination of impurity elements in samples of Be, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Ba, La and other REE, Hf, Ta, W, Re, Os, Pb, Th and U, as well as in samples of their oxides and salts by ICP-MS method), Otraslevaya metodika III kategorii tochnosti, Moscow: RIS VIMS, 2011, 36 p.Окорков В.В., Окоркова Л.А., Фенова О.А. Влияние длительного применения удобрений на изменение физико-химических свойств серой лесной почвы Верхневолжья // Владимирский земледелец. 2021. № 2. С. 27–34. DOI: 10.24412/2225-2584-2021-2-27-34.Okorkov V.V., Okorkova L.A., Fenova O.A., Vliyanie dlitel'nogo primeneniya udobrenii na izmenenie fiziko-khimicheskikh svoistv seroi lesnoi pochvy Verkhnevolzh'ya (Effect of long-term fertilizer application on changes in physicochemical properties of gray forest soil of the Upper Volga region), Vladimirskii zemledelets, 2021, No. 2, pp. 27–34, DOI: 10.24412/2225-2584-2021-2-27-34.Попова А.А. Сезонная динамика и баланс тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве: Автореф. дис. … канд. биол. наук. М., 1992. 24 с.Popova A.A., Sezonnaya dinamika i balans tyazhelykh metallov v dernovo-podzolistoi pochve: Avtoref. dis. ... kand. biol. nauk (Seasonal dynamics and balance of heavy metals in sod-podzolic soil, Extended abstract of cand. biol. sci. thesis), Moscow, 1992, 24 p.Уткин А.А. Плодородие и экотоксикологическое состояние реперных участков дерново-подзолистых суглинистых почв Владимирской области // Агрохимия. 2022. № 6. С. 3–13. DOI: 10.31857/S0002188122060126.Utkin A.A., Plodorodie i ekotoksikologicheskoe sostoyanie repernykh uchastkov dernovo-podzolistykh suglinistykh pochv Vladimirskoi oblasti (Fertility and ecotoxicological condition of reference sites of sod-podzolic loamy soils of Vladimir region), Agrokhimiya, 2022, No. 6, pp. 3–13, DOI: 10.31857/S0002188122060126.Уткин А.А., Лукьянов С.Н. Плодородие и экотоксикологическое состояние реперных участков серых лесных почв Владимирской области // Агрохимия. 2022. № 3. С. 12–21. DOI: 10.31857/S0002188122060126.Utkin A.A., Luk'yanov S.N., Plodorodie i ekotoksikologicheskoe sostoyanie repernykh uchastkov serykh lesnykh pochv Vladimirskoi oblasti (Fertility and ecotoxicological condition of reference sites of gray forest soils of Vladimir region), Agrokhimiya, 2022, No. 3, pp. 12–21, DOI: 10.31857/S0002188122060126.Чеботарев Н.Т., Броварова О.В. Влияние систематического применения органических и минеральных удобрений на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы и продуктивность картофеля в кормовом севообороте в длительном опыте европейского севера // Агрохимия. 2022. № 8. С. 10–16. DOI: 10.31857/S0002188122080038.Chebotarev N.T., Brovarova O.V., Vliyanie sistematicheskogo primeneniya organicheskikh i mineral'nykh udobrenii na agrokhimicheskie svoistva dernovo-podzolistoi pochvy i produktivnost' kartofelya v kormovom sevooborote v dlitel'nom opyte evropeiskogo severa (Influence of systematic application of organic and mineral fertilizers on agrochemical properties of sod-podzolic soil and potato productivity in forage crop rotation in a long-term experiment in the European North), Agrokhimiya, 2022, No. 8, pp. 10–16, DOI: 10.31857/S0002188122080038.Якименко В.Н., Конарбаева Г.А. Трансформация фонда тяжелых металлов серой лесной почвы в агроценозе // Агрохимия. 2016. № 4. С. 61–69.Yakimenko V.N., Konarbaeva G.A., Transformatsiya fonda tyazhelykh metallov seroi lesnoi pochvy v agrotsenoze (Transformation of heavy metals fund of gray forest soil in agrocenosis), Agrokhimiya, 2016, No. 4, pp. 61–69.Aboyeji C.M., Dunsin O., Adekiya A.O., Suleiman K.O., Chinedum C., Okunlola F.O., Joseph, Abiodun, Ejue S.W., Adesola O.O., Olofintoye T.A.J., Owolabi I.O. Synergistic and antagonistic effects of soil applied P and Zn fertilizers on the performance, minerals and heavy metal composition of groundnut // Open Agriculture. 2020. Vol. 5. No. 1. P. 1–9. DOI: 10.1515/opag-2020-0002.Aboyeji C.M., Dunsin O., Adekiya A.O., Suleiman K.O., Chinedum C., Okunlola F.O., Joseph, Abiodun, Ejue S.W., Adesola O.O., Olofintoye T.A.J., Owolabi I.O., Synergistic and antagonistic effects of soil applied P and Zn fertilizers on the performance, minerals and heavy metal composition of groundnut, Open Agriculture, 2020, Vol. 5, No. 1, pp. 1–9, DOI: 10.1515/opag-2020-0002.Adriano D.C. Trace Elements in Terrestrial Environments. Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals. New York: Springer, 2001. 867 p.Adriano D.C., Trace Elements in Terrestrial Environments. Biogeochemistry, Bioavailability, and Risks of Metals, New York: Springer, 2001, 867 p.Banuelos G.S., Ajwa H.A. Trace elements in soils and plants: an overview // Journal of Environmental Science & Health Part A. 1999. Vol. 34. No. 4. P. 951–974. DOI: 10.1080/10934529909376875.Banuelos G.S., Ajwa H.A., Trace elements in soils and plants: an overview, Journal of Environmental Science & Health Part A, 1999, Vol. 34, No. 4, pp. 951–974, DOI: 10.1080/10934529909376875.Chang A.C., Page A.L., Koo B.J. Biogeochemistry of phosphorus, iron, and trace elements in soils as influenced by soil-plant-microbial interactions // Developments in Soil Science. 2002. Vol. 28. P. 43–57. DOI: 10.1016/S0166-2481(02)80007-1.Chang A.C., Page A.L., Koo B.J., Biogeochemistry of phosphorus, iron, and trace elements in soils as influenced by soil-plant-microbial interactions, Developments in Soil Science, 2002, Vol. 28, pp. 43–57, DOI: 10.1016/S0166-2481(02)80007-1.Gao X., Alvo M., Chen J., Li G. Nonparametric multiple comparison procedures for unbalanced one-way factorial designs // J. Stat. Plann. Inference. 2008. Vol. 138. No. 8. P. 2574–2591. DOI: 10.1016/j.jspi.2007.10.015.Gao X., Alvo M., Chen J., Li G., Nonparametric multiple comparison procedures for unbalanced one-way factorial designs, J. Stat. Plann. Inference, 2008, Vol. 138, No. 8, pp. 2574–2591, DOI: 10.1016/j.jspi.2007.10.015.He Z.L., Yang X.E., Stoffella P.J. Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment // Journal of Trace elements in Medicine and Biology. 2005. Vol. 19. No. 2–3. P. 125–140. DOI: 10.1016/j.jtemb.2005.02.010.He Z.L., Yang X.E., Stoffella P.J., Trace elements in agroecosystems and impacts on the environment, Journal of Trace elements in Medicine and Biology, 2005, Vol. 19, No. 2–3, pp. 125–140, DOI: 10.1016/j.jtemb.2005.02.010.Hua K., Wang T., Guo Z., Zhan L., He C., Wang D. Accumulation of potentially toxic elements under long-term application of different organic amendments // Nutrient Cycling in Agroecosystems. 2023. P. 1–17. DOI: 10.1007/s10705-023-10293-x.Hua K., Wang T., Guo Z., Zhan L., He C., Wang D., Accumulation of potentially toxic elements under long-term application of different organic amendments, Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2023, pp. 1–17, DOI: 10.1007/s10705-023-10293-x.Kruskal W.H., Wallis W.A. Use of ranks in one-criterion variance analysis // J. Am. Stat. Assoc. 1952. Vol. 47. P. 583–621.Kruskal W.H., Wallis W.A., Use of ranks in one-criterion variance analysis, J. Am. Stat. Assoc., 1952, Vol. 47, pp. 583–621.Kuz’mina T.G., Lein A.Y., Luchsheva L.N., Murdmaa I.O., Novigatskii A.S., Shevchenko V.P. Chemical composition of surface sediments of the White Sea // Lithology and Mineral Resources. 2009. Vol. 44. No. 2. P. 103–119. DOI: 10.1134/S0024490209020011.Kuz’mina T.G., Lein A.Y., Luchsheva L.N., Murdmaa I.O., Novigatskii A.S., Shevchenko V.P., Chemical composition of surface sediments of the White Sea, Lithology and Mineral Resources, 2009, Vol. 44, No. 2, pp. 103–119, DOI: 10.1134/S0024490209020011.Molchanov E.N. Savin I.Y., Bulgakov D.S.1, Yakovlev A.S., Makarov O.A. National approaches to evaluation of the degree of soil degradation // Eurasian soil science. 2015. Vol. 48. P. 1268–1277. DOI: 10.1134/S1064229315110113.Molchanov E.N. Savin I.Y., Bulgakov D.S.1, Yakovlev A.S., Makarov O.A., National approaches to evaluation of the degree of soil degradation, Eurasian soil science, 2015, Vol. 48, pp. 1268–1277, DOI: 10.1134/S1064229315110113.Reimann C., Englmaier P., Fabian K., Gough L., Lamothe P., Smith D. Biogeochemical plant–soil interaction: variable element composition in leaves of four plant species collected along a south–north transect at the southern tip of Norway // Science of the Total Environment. 2015. Vol. 506. P. 480–495. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.10.079.Reimann C., Englmaier P., Fabian K., Gough L., Lamothe P., Smith D., Biogeochemical plant–soil interaction: variable element composition in leaves of four plant species collected along a south–north transect at the southern tip of Norway, Science of the Total Environment, 2015, Vol. 506, pp. 480–495, DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.10.079.Semenov M.V., Ksenofontova N.A., Nikitin D.A., Tkhakakhova A.K., Lukin S.M. Microbiological Parameters of Soddy-Podzolic Soil and Its Rhizosphere in a Half-Century Field Experiment with Different Fertilizer Systems // Eurasian Soil Science. 2023. Vol. 56. No. 6. P. 756–768. DOI: 10.1134/S1064229323600070.Semenov M.V., Ksenofontova N.A., Nikitin D.A., Tkhakakhova A.K., Lukin S.M., Microbiological Parameters of Soddy-Podzolic Soil and Its Rhizosphere in a Half-Century Field Experiment with Different Fertilizer Systems, Eurasian Soil Science, 2023, Vol. 56, No. 6, pp. 756–768, DOI: 10.1134/S1064229323600070.Shaheen S.M., Hooda P.S., Tsadilas C.D. Opportunities and challenges in the use of coal fly ash for soil improvements – a review // J. Environ. Manag. 2014. No. 145. P. 249–267. DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.07.005.Shaheen S.M., Hooda P.S., Tsadilas C.D., Opportunities and challenges in the use of coal fly ash for soil improvements – a review, J. Environ. Manag., 2014, No. 145, pp. 249–267, DOI: 10.1016/j.jenvman.2014.07.005.Singh V., Agrawal H.M., Joshi G.C., Sudershan M., Sinha A.K. Elemental profile of agricultural soil by the EDXRF technique and use of the Principal Component Analysis (PCA) method to interpret the complex data // Applied Radiation and Isotopes. 2011. Vol. 69. No. 7. P. 969–974. DOI: 10.1016/j.apradiso.2011.01.025.Singh V., Agrawal H.M., Joshi G.C., Sudershan M., Sinha A.K., Elemental profile of agricultural soil by the EDXRF technique and use of the Principal Component Analysis (PCA) method to interpret the complex data, Applied Radiation and Isotopes, 2011, Vol. 69, No. 7, pp. 969–974, DOI: 10.1016/j.apradiso.2011.01.025.Siromlya T.I. On available forms of chemical compounds in soils // Contemporary Problems of Ecology. 2009. Vol. 2. P. 678–685. DOI: 10.1134/S1995425509060307.Siromlya T.I., On available forms of chemical compounds in soils, Contemporary Problems of Ecology, 2009, Vol. 2, pp. 678–685, DOI: 10.1134/S1995425509060307.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.