Агроэкологическая оценка возделывания земляники садовой

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации 
Федеральное государственное бюджетное образовательное  
учреждение высшего образования 
«Самарский государственный аграрный университет» 
 
 
 
 
 
 
 
 
Агроэкологическая оценка  
возделывания земляники садовой 
 
 
Монография 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Кинель 2023 
 
1 

УДК 634.75 
ББК 42.358.1 
 А26 
 
Рекомендовано научно-техническим советом Самарского ГАУ 
 
Рецензенты:  
д-р биол. наук, проф. кафедры экологии, ботаники и охраны природы, 
ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет 
имени академика С. П. Королева», 
Н. В. Прохорова; 
д-р биол. наук, проф. кафедры агрономии и агротехнологий,  
ФГБОУ ВО «Рязанский агротехнологический  
университет им. П. А. Костычева», 
Д. В. Виноградов 
 
Авторский коллектив: 
А. В. Батманов, Н. М. Троц, Е. В. Батманова, В. Б. Троц,  
О. В. Горшкова, М. С. Сергеев 
 
А26  Агроэкологическая оценка возделывания земляники садовой :   
монография / А. В. Батманов, Н. М. Троц, Е. В. Батманова  
[и др.]. – Кинель : ИБЦ Самарского ГАУ, 2023. – 143 с. 
ISBN 978-5-88575-703-4 
 
В монографии приводится агроэкологический анализ производственных сортовых плантаций земляники садовой. Определены основные 
агрохимические показатели почвы. Осуществлена количественная оценка 
уровней  накопления тяжелых металлов в системе «почва – поливная вода – растения». Выявлена степень опасности и характер аккумуляции 
тяжелых металлов в плодах земляники. Изучена эффективность использования минеральных удобрений и опоки для снижения аккумуляции 
тяжелых металлов почвой и земляникой садовой в разные фазы развития 
растений. 
УДК 634.75 
ББК 42.358.1 
 
ISBN 978-5-88575-703-4 
 
© ФГБОУ ВО Самарский ГАУ, 2023 
© Батманов А. В., Троц Н. М., Батманова Е. В.,  
Троц В. Б., Горшкова О. В., Сергеев М. С., 2023 
 
2 

Оглавление 
 
Введение………………………………………………………………….. 
4 
   1. Биогеохимические особенности тяжелых металлов и пути их 
поступления в растения ………………………………………………… 
5 
   2. Биологические особенности земляники садовой………………… 
24 
   3. Агроэкологические условия Приволжского района Самарской 
области…………….................................................................................... 
33 
   4. Природно-хозяйственная характеристика территории опытного 
участка …………………………………………………………………… 
36 
   5. Особенности накопления тяжелых металлов в почвах и растениях производственных плантаций земляники садовой………………... 
47 
   6. Особенности аккумуляции тяжелых металлов основными сельскохозяйственными культурами……………………………………….. 
61 
     6.1. Озимые зерновые культуры…………………………………….. 
61 
     6.2. Яровая пшеница………………………………………………….. 
65 
     6.3. Зерновые фуражные культуры………………………………….. 
69 
     6.4. Зерновые бобовые культуры……………………………………. 
72 
     6.5. Крупяные культуры……………………………………………... 
76 
     6.6. Пропашные культуры…………………………………………… 
80 
     6.7. Коэффициенты накопления и вынос тяжелых металлов  
с урожаем воздушно-сухой массы……………………………………… 
85 
     6.8. Корреляционная зависимость содержания тяжелых металлов в системе «почва – биомасса растений»…………………………. 
89 
   7. Влияние минеральных удобрений и опал-кристобалитовой породы (опоки) на аккумуляцию тяжелых металлов почвой и растениями земляникой садовой………………………………………………… 
93 
     7.1. Фенологические наблюдения вегетационного периода земляники садовой ….......................................................................................... 
93 
     7.2. Влияние минеральных удобрений и опоки на содержание 
валовой и подвижной формы тяжелых металлов в почвах опытного 
участка…………………............................................................................. 
95 
     7.3. Влияние минеральных удобрений и опоки на накопление 
тяжелых металлов сортовыми растениями земляники садовой ……... 105 
   8. Оценка экономической эффективности использования минеральных удобрений и опал-кристобалитовой породы (опоки) для 
получения экологически безопасной продукции земляникой садовой  124 
Заключение………………………………………………………………. 126 
Литература………………………………………………………………. 
129 
Алфавитно-предметный указатель…………………………………....... 141 
 
 
3 

Введение 
 
Земляника садовая – источник углеводов и витаминов, красивое и полезное лакомство, повсеместно выращивается на территории Самарской области. Для увеличения площадей возделывания 
плодовых и ягодных культур в области ежегодно вводится  
250-300 гектаров высокоинтенсивных садов. Окультуривание почв 
и повышение их плодородия напрямую связано с проблемой получения качественной продукции. Исследованиями в регионах РФ и 
за рубежом было показано, что в условиях постоянного роста техногенного полиметаллического воздействия на окружающую среду существует настоятельная необходимость в контроле качества 
растениеводческой продукции, включая плодовую и ягодную, по 
содержанию тяжелых металлов (ТМ) [16, 63]. По сравнению с другими ягодными культурами, земляника более чувствительна к загрязнению почв тяжелыми металлами, поскольку имеет неглубокую корневую систему, а основное количество токсикантов аккумулируют верхние горизонты почвы. В связи с этим разработка 
приемов по получению экологически качественной продукции 
земляники садовой, несомненно, актуальна и представляет существенную производственную значимость.  
Эффективными приемами по регулированию токсикантов в 
почвах, которые выступают как основное средство производства в 
сельском хозяйстве, имеют особый правовой режим и подлежат 
особой охране, могут являться – подбор устойчивых к накоплению 
тяжелых металлов сортов и использование адсорбентов природных назначения, которые уменьшают их доступность для растений.   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 

1. Биогеохимические особенности  
тяжелых металлов и пути их поступления  
в растения 
 
Особое значение приобрело загрязнение биосферы группой 
поллютантов, плазматических ядов, с общим названием тяжелые 
металлы (ТМ). Термин «тяжелые металлы» характеризует широкую группу загрязняющих веществ. В связи с различной трактовкой их количество изменяется в широких пределах. Критериями 
принадлежности являются атомная масса (свыше 40-50), плотность (5 г/см3), токсичность, степень вовлечения в природные и 
техногенные циклы, распространенность в природе [97]. Под этот 
термин попадают более 40 элементов периодической системы 
Д. И. Менделеева в том числе, относящиеся к хрупким (Bi) или 
металлоидам (As), способные накапливаться в гумусовых горизонтах почвы проявляя регрессионно-аккумулятивный тип распределения (накапливание в верхних горизонтах и снижение количества 
в нижних) [95]. Среди токсичных веществ тяжелые металлы занимают особое место, поскольку в отличие от других загрязнителей 
их соединения довольно устойчивы и сохраняют токсичное действие длительное время. Тяжелые металлы длительное время 
остаются ведущей группой загрязнителей, представляющих научный и практический интерес [20, 125].  
Биогеохимия металлов эволюционировала после геохимических школ, основанных Ф. У. Кларком, В. И. Вернадским,  
А. Е. Ферсманом, В. М. Гольдшмидтом, Г. С. Вашингтоном. Современный период развития биосферы характеризуется увеличением миграции ряда металлов. Интенсивность техногенной миграции весьма высока у Fe, Cr, Mn, Cd. Проблема загрязнения среды 
остается актуальной в связи с расширением их потребления и ростом источников поступления. Приоритетной задачей в решении 
этой проблемы в современных исследованиях является поведение 
металлов и ионов металлов в окружающей среде.  
Роль тяжелых металлов двухфазна: они необходимы для нормального протекания физиологических процессов и считаются эссенциальными (жизненно важными) микроэлементами (табл. 1), 
но являются токсикантами и при высоких концентрациях причиняют вред организму. 
 
5 

Таблица 1 
Содержание в организме некоторых  
эссенциальных микроэлементов и их биологическая роль 
Элемент, количество в организме 
Биологическая роль 
взрослого человека 
Железо, 
4-5 г 
Транспорт и депонирование кислорода, цитохромы, окислительное фосфорилирование, редокс-ферменты, антиоксидантное действие, необходимость для синтеза порфирина в 
гемоглобине, миоглобине 
Медь, 
80-120 мг 
Оксидазы, окислительное фосфорилирование, антиоксидантное действие, метоболизм жирных кислот, метаболизм 
фенольных соединений, переносчик кислорода в реакциях 
сшивания коллагена и образования пигментов, участие в 
метаболизме соединительной ткани (коллагена, эластина) 
Цинк, 
1-2 г 
Входит в состав 70 ферментов, включая карбоангидразу, 
дигидрогеназу, щелочную фосфатазу, участвует в усвоении 
силикатов, метаболизме нуклеиновых кислот и клеточном 
делении, в гидролизе фосфатов, синтезе РНК 
Марганец, 
12-20 мг 
Антиоксидантное действие, кофактор дыхательных ферментов, синтез стирола, гликозилирование, метаболизм углеводов, синтез мукополисахаридов в хрящах 
Хром, 
6 мг 
Углеводный обмен, в организмах кофактор инсулина, оптимизация толерантности к глюкозе 
Селен, 
14 мг 
Антиоксидантное действие, оксидазы, обладающие смешанной микросомальной функцией, поддержание сохранности 
спермы 
Молибден, 
10 мг 
Метаболизм пуринов и серы 
Кобальт, 
1,5 мг 
Одно из действующих начал витамина В12, реакции окисления-восстановления меди. В составе нитроредуктазы, альдегидоксазы 
Ванадий 
Фиксация азота; окислительно-восстановительный катализ в 
превращениях эфиров; метаболизм железа 
Никель 
Содержится в уреазе, стабилизирует структуру РНК, ДНК и 
рибосом 
 
Это связано с тем, что многие ферменты в организме функционируют 
в 
присутствии 
небольших 
количеств 
металловмикроэлементов. Избыточное их количество в организме связывается с функциональными группами жизненно важных соединений, 
и они становятся «металлическими ядами» [38]. По чувствительности к металлам животных и человека их можно расположить в 
 
6 

следующий ряд: Hg ˃Cu ˃Zn˃ Ni˃ Pb˃ Cd ˃Cr ˃Sn˃ Fe˃ Mn. При 
этом для каждого металла существует свой механизм токсичного 
действия, обусловленный конкуренцией между необходимыми и 
токсичными металлами за место в белковой молекуле [25]. 
Поступление тяжелых металлов в окружающую среду имеет 
как естественное, так и техногенное происхождение. Техногенная 
доля меди и цинка в атмосфере составляет примерно 75%, кадмия 
и ртути – 50%, никеля 30%, кобальта 10%. Наиболее высокая 
эмиссия характерна для свинца – 50-80%. При этом необходимо 
определять источники поступления металлов в среду: естественные (природные) и техногенные. Естественными источниками являются горные породы, термальные воды и рассолы, космическая 
и метеоритная пыль, вулканические газы. Наиболее важные техногенные источники: предприятия черной и цветной металлургии; 
металлообрабатывающие предприятия; автотранспорт; минеральные и органические удобрения, сточные воды и отходы животноводческих комплексов; электростанции, сжигающие уголь; сжигание различных отходов; добыча полезных ископаемых [59, 123]. 
Антропогенный вклад наиболее заметен для Mn, Cu, Zn, Cd, и 
Pb. Значительное обогащение природной среды тяжелыми металлами наряду с низким уровнем этих металлов в биосфере и высокой токсичностью требует контроля за их содержанием в пищевых 
продуктах, когда они прусутствуют в повышенных биодоступных 
концентрациях. Обычно это наблюдается у сельскохозяйственных 
культур [56]. 
Поступления тяжелых металлов в растения может осуществляться за счет корневого и фолиарного поглощения [3]. Важнейшим компонентом агроценозов являются почвы, на которых оседает большая часть загрязнителей [1, 119, 130]. Аккумуляция тяжелых металлов почвами зависит от целого комплекса природных 
и техногенных факторов: характер почвообразующих пород, климат, растительность, рельеф местности, расположение и особенности техногенных источников тяжелых металлов региона [36]. 
В почвенном покрове лесостепного и степного Поволжья количественное соотношение содержания тяжелых металлов в почвах отражает следующий ряд: Fe˃Ti˃Mn˃Sr˃Cr˃Rb˃Zn˃V˃Cu˃ 
˃Ni˃Co˃Pb, при этом установлено очень близкое к кларкам почв 
мира содержание Ti, Fe, Co, Rb, Pb, более высокое содержание Cu 
и Zn (в 1,5-2,5 раза), более низкое – V, Cr, Mn, Ni, Sr.  
 
7 

Почвы степной зоны накапливают меньше тяжелых металлов по 
сравнению с почвами лесостепной зоны [81]. Металлы в сельскохозяйственных культурах распределяются неодинаково. На основе 
литературных данных представлены описания металлов, активно 
мигрирующих в агроценозах. 
Свинец. Относится к металлам, проявляющим сильно выраженные токсикологические свойства при самых низких концентрациях и не выполняющим какой-либо полезной функции. Pb – 
политропный яд, относящийся к 1 классу опасности, согласно документов Международного агентства канцерогенного регистра. 
Организм детей сорбирует 40% Pb поступающего с пищей, взрослых – 5-10%. При дозе с 10 до 20 мкг/л в крови происходит снижение умственного развития детей [6]. Pb проникает в организм через дыхательные пути или пищеварительный канал, обладает способностью накапливаться в различных органах и тканях. Появление свинцовой интоксикации обусловлены тем, что Pb блокирует 
тиоловые группы различных ферментов, в том числе участвующих 
в синтезе порфиринов и гемма. Pb характеризуется гонадотоксическим, эмбриотоксическим и мутагенным действием [94]. 
Естественными источниками Pb в окружающей среде являются эндогенные и экзогенные минералы. Значительное повышение 
Pb в окружающей среде связано со сжиганием угля, применением 
тетраэтилсвинца, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт. Загрязнение окружающей 
среды свинцом и его соединениями происходит в отраслях производств: цветная металлургия (98% от всей металлургии), деревообработка, оборонное производство, производство аккумуляторов, 
этилированных бензинов, пигментов, сиккативов, стекол, смазок, 
консервов. Источник техногенного рассеивания Pb – воздействие 
на метерологические процессы, основной агент – йодистый свинец. Выброс Pb в мировой океан – 430-650 тыс. тонн в год [6, 117].  
Pb легко проникает в почву и аккумулируется растениями, 
включаясь в трофические цепи питания. При низких концентрациях в почвах стимулирует рост растений. В загрязненных почвах 
наблюдается подавление микробиологической активности, замедляется процесс фотосинтеза, уменьшается процесс поглощения 
воды растениями. Наиболее высокая опасность накопления  
подвижной формы свинца наблюдается в сильнокислых почвах с 
 
8 

восстановительным режимом, наименьшая в нейтральных и слабощелочных почвах с окислительным режимом [46]. Устойчивость 
растений к избирательному накоплению Pb неодинакова: менее 
устойчивы злаки, более устойчивы бобовые. Расчетами доказано, 
что безопасное зерно пшеницы можно выращивать на почвах, содержащих не более 16 мг/кг Pb, соломы озимой пшеницы –  
75 мг/кг [55, 122, 128]. По данным многочисленных исследований 
концентрация Pb в почвах фоновых районов бывших стран членов 
СЭВ колеблется в интервале 1-30 мг/кг, а фоновых районов мира 
1-80 мг/кг, при среднем 16 мг/кг. Содержание Pb в верхних горизонтах почвы колеблется в пределах 3-190 мг/кг, при среднем  
32 мг/кг [37, 40, 45]. 
Вывод свинца из пищевой цепи – глобальная проблема. Учеными предлагается внесение азотных удобрений в почву, загрязненную свинцом и мышьяком. В Японии запатентовано вещество 
для обработки почвы – меркато-8-триазин, связывающее тяжелые 
металлы [127]. В ФРГ принято в тех же целях вводить хелатные 
смолы [131]. В нашей стране ученые Московского лесотехнического института получили ряд составов, включающих азотнокислый торий, пентаоксид ванадия, азотнокислый кобальт – названные адаптогенами. Они помогают растениям «приспособиться» к 
воздействию повышенных концентраций вредных веществ [54]. 
Кадмий. Cd относят к токсичным ультрамикроэлементам.  
Физиологическая потребность в этом элементе составляет от 1 до 
5 мкг, в количестве, превышающем 50 мкг, Cd поражает многие 
системы организма – оказывает влияние на углеводный обмен, 
нарушает фосфорно-кальциевый обмен, приводит к нарушениям 
функций легких, деформации скелета и непроизвольным переломам костей, поскольку способен вымывать кальций из организма 
[109]. Международное агентство по изучению рака (IARK) относит Cd к веществам 1 класса опасности и определяет его как канцероген для человека [87]. При попадании в организм блокируется 
синтез витамина Д, нарушается минерализация костей (болезнь 
итай-итай). Заболевшие болезнью итай-итай в 50-е годы XX века 
люди в Японии потребляли 0,6 мг Cd в сутки. В организм Сd чаще 
всего попадает с растительной пищей. Он легко переходит из почвы в растения, в связи с тем, что последние способны поглощать 
до 70% Cd из почвы и лишь 30% из воздуха. Для Cd характерно 
сродство с зерновыми культурами. ПДК в зерне для Cd 0,1 мг/кг 
 
9 

(детское питание 0,03 мг/кг). При действии Cd на растения возникает угнетение роста, торможение фотосинтеза, хлороз листьев.  
Cd может замещать Zn в составе ферментативных систем, приводя 
к торможению многих энзимотических реакций, нарушению проницаемости мембран [34]. Чемпионом по аккумуляции Сd является подсолнечник, его семена, майонез, масло. Халва накапливает 
Cd в 2,6 раза выше нормы [39]. 
Наиболее интенсивные источники загрязнения окружающей 
среды кадмием – металлургия и гальванотехника, а также сжигание твердого и жидкого топлива. Около 52% кадмия попадает в 
окружающую среду при сжигании и переработке материалов, его 
содержащих, особенно изделий из пластмасс, куда он добавляется 
для прочности и кадмиевых красителей. Сжигание мазута и дизельного топлива является дополнительным источником кадмиевых загрязнений [42]. 
До 70% попадающего в почву Cd связывается почвенными 
комплексами, доступными для усвоения растениями, его соединения мобильны, отличаются большой биодоступностью и тенденцией к бионакоплению. В растениях Cd конценрируется в корнях, 
в меньшей степени листьями [85, 115, 126]. Одним из основных 
источников в почвах агроценозов являются удобрения, в особенности суперфосфат, куда Cd входит в виде примеси. 
Медь. Cu относится к умеренно токсичным металлам, которые 
в избыточном количестве оказывает ингибитирующее воздействие 
на организмы [98, 118]. 
Медь сравнительно мало распространена в природе. Среднее 
содержание ее в земной коре составляет 0,01 % по массе, причем 
основные и ультраосновные породы богаче медью по сравнению с 
кислыми массивно-кристаллическими породами, незначительные 
количества меди содержатся в известняках, доломитах, валунных 
суглинках и песках. Кларк меди в земной коре – 47 мг/кг. Медь 
находится преимущественно в соединениях с серой, железом, кислородом, встречается также в свободном состоянии в виде самородков. Медь образует множество минералов (медный колчедан, 
медный блеск, малахит, лазурит и др.), среди них наиболее распространены первичные минералы – простые и сложные сульфиды. Они подвержены выветриванию (особенно в кислой среде), 
которое сопровождается появлением в среде ионов меди. Элемент 
обладает очень сильными комплексообразующими свойствами. 
 
10