Ecotoxicological evaluation of winter wheat grain during a long use of fertilizers (since 1965) in the field crop rotation

  • H. Hospodarenko
  • A. Martyniuk
  • O. Cherno
  • V. Liubych
Keywords: winter wheat, fertilizer system, heavy metals, radionuclides

Abstract

The content of radioactive nuclides and chemical elements significantly changes depending on the prolonged use of fertilizers in the field crop rotation. Studies show that 40К specific activity was the highest which significantly changed depending on the fertilization system. Thus, in the mineral system of fertilization after clover the specific activity increased to 69,3–87,2 Bk/kg of grain or by 2–28 % compared with the check variant (68,1 Bk/kg). In the organic and mineral fertilizer system this figure varied from 68,3 to 73,2 Bk/kg or by 1–7 %. The specific activity was the lowest in the organic fertilizer system – from 68,5 to 69,1 Bk/kg of grain. When growing winter wheat after peas the specific activity varied in a similar way but after corn for silage it was lower. Thus, in the mineral system of fertilization the specific activity varied from 69,8 to 77,6 Bk/kg of grain, in the organic and mineral system it was from 68,2 to 71,7 Bk/kg and in the organic fertilizer system it was from 68,1 to 68,4 Bk/kg of grain.137Cs and 90Sr specific activity was the lowest compared to other radionuclides and changed from 1,7 to 2,0 and from 0,8 to 1,1 Bk/kg, respectively, depending on the growing agricultural technology. This suggests that the prolonged use of studied fertilizer systems is safe for the environment. In addition, 137Cs specific activity and 90Sr specific activity were lower in 40–47 times and in 40–47 times, respectively, compared to MAC. It is found that after the prolonged use of fertilizers and after clover the manganese content decreased by 4–17 % in the mineral system of fertilization, by 4–19 % in the organic system and by 8–20 % in the organic and mineral fertilizer system. Iron content increased by 3–8 %, 5–6 and 3–9 %; copper content by 6–35 %, 2–5 and 1–6 %; cobalt content by 10–24 %, 13–20 and 11–21 %; nickel content by 21–64 %, 58–62 % and 58–59 % and cadmium content by 38–69 %, 54–77 % and 50–81 %, respectively. The content of studied elements when growing winter wheat after peas and corn for silage varied in a similar way. Cr content decreased in the organic and organic and mineral fertilizer systems. Zn content increased after the prolonged application of organic fertilizers. Applying high rates of organic and organic and mineral fertilizers reduces the content of toxic elements – cobalt, chromium and cadmium.

References

Господаренко Г.М. Вплив тривалого застосування добрив на вміст легкорозчинних сполук калію в чорноземі опідзоленому / Г.М. Господаренко, І.В. Прокопчук, О.В. Нікітіна // Збірник наукових праць Вінницького національного аграрного університету. ‒ 2015. ‒ № 1. ‒ С. 5–13.

Господаренко Г.М. Фізико-хімічні властивості чорнозему опідзоленого в тривалому польовому досліді / Г.М. Господаренко, І.В. Прокопчук, О.В. Нікітіна // Збірник наукових праць Уманського національного університету садівництва. ‒ 2015. ‒ Вип. 87. ‒ С. 7–13.

Тяжелые металлы в системе элемент–почва–зерновые культуры / О.Я. Соколова, А.В. Стряпков, С.В. Антимонов, С.Ю. Соловых // Вестник ОГУ. ‒ 2006. ‒ № 4. ‒ С. 106–110.

Васбиева М.Т. Влияние длительного применения осадков сточных вод на содержание тяжелых металлов в почве и растениях / М.Т. Васбиева, Д.С. Зиновьев // Плодородие. ‒ 2013. ‒ № 5. ‒ С. 35–37.

Tyler G. Heavy metal pollution and soil enzymation activity Plant and soil Biology of North–West Caucasus / G. Tyler // Summaries of Latinarican Cоngress of Soil Science Chile. ‒ 1999. ‒ 206 p.

Алитов Ш.И. Влияние средств химизации на соединение тяжелых металлов в почве, растениях и промывных водах / Ш.И. Алитов, Н.В. Смолин, С.В. Путаев // Вестник Краснодарского ГАУ. ‒ 2000. ‒ № 2. ‒ C. 57–60.

Влияние различных систем удобрения на накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции / Н.М. Белоус, В.Ф. Шаповалов, Ф.В. Моисеенко, М.Г. Драганская // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии. ‒ 2006. ‒ № 36. ‒ С. 22–29.

Эмсли Дж. Элементы / Дж. Эмсли. ‒ М.: Мир, 1993. ‒ 256 с.

Хоботова Е.Б. Радіаційно-екологічні аспекти застосування добрив / Е.Б. Хоботова, М.І. Уханьова, О.В. Гречишкіна // Вісник СевДТУ. ‒ 2009. ‒ Вип. 97. ‒ С. 137‒176.

Коваленко Г.Д. Радиоэкология Украины / Г.Д. Коваленко, К.Г. Рудя. ‒ К.: Київський університет, 2001. ‒ 167 с.

Основи наукових досліджень в агрономії / [Єщенко В.О., Копитко П.Г., Опришко В.П., Костогриз П.В.]. ‒ К., 2005. ‒ 286 с.

Гудков І.М. Радіоекологія / І.М. Гудков, В.А. Гайченко, В.О. Кашпаров. ‒ К.: НУБіП України, 2011. ‒ 368 с.

Прокошев В.В. Калий и калийные удобрения / В.В. Прокошев, И.П. Дерюгин. ‒ М.: Ледум, 2000. ‒ 185 с.

Алексахин Р.М. Поведение l37Cs в системе почва–растение и влияние внесения удобрений на накопление радионуклидов в урожае / Р.М. Алексахин, И.Т. Моисеев, Ф.А. Тихомиров // Агрохимия. ‒ 1992. ‒ № 8. ‒ С. 127–138.

Дричко В.Ф. Системы методов изучения почвенного покрова, деградированного под влиянием химического загрязнения / В.Ф. Дричко, Т.М. Поникарова // Труды Почвенного института им. В.В. Докучаева. ‒ 1992. ‒ С. 51–54.

Алексахин P.M. Поведение радионуклидов в системе почва–растение и ведение растениеводства на подвергшихся радиоактивному загрязнению территориях / P.M. Алексахин, А.Н. Ратников, Н.И. Санжарова // Вестник РАСХН. ‒ 1996. ‒ № 4. ‒ С. 18–20.

Прищеп Н.И. Совершенствование методологии агрохимических исследований / Н.И. Прищеп, Е.В. Просянников, С.О. Коровяковская. ‒ М.: Изд-во МГУ, 1997. ‒ С. 152–165.

Ma J.F. Fertilizer and Plant Silicon Research in Japan / J.F. Ma, E. Takahashi. ‒ Amsterdam, 2002. ‒ 215 p.

Господаренко Г.М. Агрохімія / Г.М. Господаренко. ‒ К.: ТОВ “СІК ГРУП УКРАЇНА”, 2015. ‒ 376 с.

Пшениця спельта / [Г.М. Господаренко, П.В. Костогриз, В.В. Любич, Ф.М. Парій, С.П. Полторецький, І.О. Полянецька, Л.О. Рябовол, Я.С. Рябовол, О.Г. Сухомуд]; за заг. ред. Г.М. Господаренка. ‒ К.: ТОВ “СІК ГРУП Україна”, 2016. ‒ 312 с.

Hospodarenko, H.M., Prokopchuk, I.V., Nikitina, O.V. (2015). Influence of long application of fertilizers on the content of soluble potassium compounds in the podzolized chernozem. Proceedings of the Vinnitsa National Agrarian University. 1, 5–13.

Hospodarenko, H.M., Prokopchuk, I.V., Nikitina, O.V. (2015). Physical and chemical properties of podzolized chernozem in a long-term field experiment. Proceedings of Uman National University of Horticulture. 87, 7–13.

Sokolova, O.Ya., Striapkov, A.V., Antymonov, S.V., Solovykh, S.Yu. (2006). Heavy metals in the element‒soil‒cereal crop system. Bulletin of the OSU. № 4, 106–110.

Vasbieva, M.T., Zinov’ev, D.S. (2013). Effect of the long-term use of sewage sludge on the content of heavy metals in the soil and plants. Fertility. 5, 35–37.

Tyler, G. (1999). Heavy metal pollution and soil enzymation activity Plant and Soil Biology of North–West Caucasus. Summaries of Latinarican Cоngress of Soil Science Chile. 206.

Alitov, Sh.I., Smolin, N.V., Putaev, S.V. (2000). Effect of chemicalization agents on the combination of heavy metals in the soil, plants and rinse waters. Bulletin of the Krasnodar State University. 2, 57–60.

Belous, N.M., Shapovalov, V.F., Moiseenko, F.V., Draganskaja, M.G. (2006). Influence of various fertilizer systems on the accumulation of heavy metals in agricultural products. Bulletin of the Bryansk State Agricultural Academy. 36, 22–29.

Jemsli, Dzh. (1993). Elements. Moscow: Mir, 256.

Hobotova, E.B., Uhan’ova, M.І., Grechishkіna, O.V. (2009). Radiation and environmental aspects of the fertilizer application. Bulletin SevDTU. 97, 137–176.

Kovalenko, G.D., Rudja, K.G. (2001). Radioecology of Ukraine. Kyiv: Kyivs’kij unіversitet, 167.

[Eshchenko, V.О., Kopytko, P.Н., Opryshko, V.Р., Kostogryz, P.V.] (2005). Basic scientific research in agronomy. Kyiv: Diya, 286.

Hudkov, I.M., Haichenko, V.A., Kashparov, V.O. (2011). Radioecology. Kyiv: NUBiP Ukrainy, 368.

Prokoshev, V.V., Derjugin, I.P. (2000). Potassium and potassium fertilizers. Moskow: Ledum, 185.

Aleksahin, R.M., Moiseev, I.T., Tihomirov, F.A. (1992). l37Cs behavior in the soil-plant system and influence of fertilization on the accumulation of radionuclides in the yield. Agrochemicals. 8, 127–138.

Drichko, V.F., Ponikarova, T.M. (1992). Systems of methods for studying soil cover degraded after the chemical contamination. Proceedings of Soil Institute named after V.V. Docuchaev. 51–54.

Aleksahin, P.M., Ratnikov, A.N., Sanzharova, N.I. (1996). Behavior of radionuclides in the soil-plant system and management of crop production in radioactively contaminated areas. Vestnik RASHN. 4, 18–20.

Prishhep, N.I., Prosjannikov, E.V., Korovjakovskaja, S.O. (1997). Improvement of methods of agrochemical studies. Moscow, Izd-vo MGU, 152–165.

Ma, J.F., Takahashi, E. (2002). Fertilizer and Plant Silicon Research in Japan. Amsterdam, 215.

Hospodarenko, G.M. (2015). Agrochemicals. Kyiv: TOV “SIK GROUP UKRAINE”, 376.

Hospodarenko, G.M., Kostogryz, V.P., Liubych, V.V. (2016). Wheat spelt. Kyiv: TOV “SIK GROUP UKRAINE”, 312.

Published
2018-02-19
Section
Agricultural sciences (agronomics, agricultural ecology, land reclamation, ecology, crops husbandry, farming)