Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ТРАНСФОРМАЦИЯ И МИГРАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ СВИНЦА, КАДМИЯ И ЦИНКА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ТРАНСФОРМАЦИЯ И МИГРАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ СВИНЦА, КАДМИЯ И ЦИНКА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ"

Аг-ШёЗ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛШИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЯВОЛОДИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЙШЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им» М.В.&МОНОООВА

ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ

- На правах рукописи УДК №1.416.9

*

ЦАПЯИНА Марина Александровна

ТРАНСФОРМАЦИЯ И МИГРАЦИЯ СОЕДИНИМ СВИНЦА. КАДМИЯ И ЦИНКА В ДЕРШВО-ГОДЭОШСГОЙ ПОЧВЕ

Саеаиальность 03.00.27 - почвоведенме

АВТОРМЕРАТ диссертант на соискание ученой степени кандидата биологических наук .

Москва - 1991

У Работа выполнена на кафедре химии почв факультета . почвоведения Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова ' . .

ЦаучныЯ руководитель: доцент,кандидат

биологических наук ' ■■ * А. И. Обухов -

Официальные оппоненты:- доктор сельскохозяйственных

наук, профессор В.И.Савич

кандидат биологических наук А.А.Алексеев

Ведущее учреждение - Почвенный институт им. В.В.Докучаева

Защита состоится 1991 г. в 15 ч. 30 мин.

в ауд. М-2 на заседании специализированного совета К 053.05Лб МГУ им. и.В.Ломоносове.

Адрес специализированного совета: 119699, Москва, ГСП, Ленинские гор«, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.-

Автореферат разослан А^/" 1991 г. ;

Ученый секретарь специализированного совета у ¿г*^, Г. В. Моту зова . .

, - ритуальность проблемы Одними из наиболее опасных соединений, посту-

пащих в природные объекты в результате'хозяйственной деятельности. ' \ . человека,; являются тяжелые металлы/ГЦ/. Техногенное загрязнение .."• .■ ■ почв.ТЫ приводит, к*накоплению в* низе элементов:в:десятки и сотни;раз.' • ■ ;>ч* превышающему фоновый - уровень,. Значительная: доля соединений ТИ; пос- ;*. ■тупащих в почву, остается при этом мобильной и может потребляться ■ г-' растениями, а затем'по-пищевым цепям посыпать, в органи ?мы оп шх - ' /. - ■и человека, мигрировать в почеенно-грунтовае•води..Теоретической ос- .. • • : новой природоохранных мероприятий и восстановления плодородия почв,

подверженных воздействию'техногенных выбросоз ТМ, а.также при разра- . --; ботке ГДК металлов в почвах является раскрытие механизмов трансфор-нации; соединений.'металлов техногенной,природы, изучение их подвиж- \ -' ■■■•

• ности в биогеоценозах и доступности длл растений. В настощее время • ■';';■;: оти вопросы раэработаны.еще недостаточно.. •" .• ; •

. Цель и зядуед исследования,- Основной целью работы явилось"комплекс- :' к ' ное изучение. поведения свинца, - кадмия и цинка, поступивашх в дьрыоуо-. ■*.-,,*■ подзолистую почву из состава-различных соединений, в ходе многодет- . ^

" него полевого опыта, исследование процессов ^трансформации и мпгра- ' '.'■■■'•: цйи металлов-в почве и сопредельных средах/почвешю-грунтовых вог • '":* ' ' дах, растениях/. При выполнении работы были, поставлены сл£дусу;:е . . задачи: I/ изучить процессы трансформации соединений свинца, кадмия .' - .. ■■ и цинка-в дерново-подзолистой -почве .^оценнтьустоИчив ость твер^офа»--. / . ■ ■ них техногенных соединений ТЫ в естественных.условиях; 2/ получить,*;..---

количественные параметры миграции"РЬ, Сс1 и . гп в почве, выявить воз-■ Г : : ыожные. ыеханизшьтграции.Ти;, ЗУ изучить роль корневшг систем - дуто- - , . % вых.растений.в перемещении ТМ; 4/ изучить влишп:е различных сосдиье- ' ' ний РЬ; .Сс1.и ', 2 п на естественную растительность, оценй?ь утоьейь ка-копления ТЫ-растениЯми- в завнеимостиот фактора-врекени "и содержа-,1; '

• иия • металлов' в почве;'5/' оцошть возмокность загпяснепая почеснмо^-. .'.

" .ЧП^ ТО при »Ц^Т^.Ж^ДДа ' 'П рр ^ ? ' О

......""'

. ^ —-V • ■ ¡^.ТТ^-^

| - . Г-1Ц1-

де наблюдения за концентрацией металлов в лизиметрических водах;. [6/ выявить-. наиболее чувствительные показатели - для ведения ыонито- '' ; ринга и заработки ЩК ТМ в почвах. ■ / ' ■ " . -

- -Научная; ноаизна: С помощью фазового рентгеновского адолиза выявлено■ наличие,оксидов:ТМ в почва опытов,' оценена кинетика растворенияок- ' ■ сидов. ТЫ в почве. Определены количественные показателя нитрации

евннЦа. кедмия и цинка от зоны:внесения; Установлено, что горизон- ; . тальная миграция ■ элементов превышает .вертикальную, р&сстояниена ко: торое перемещаются'металлы,зависит .от:химической формы боединенлй ■ металлов.-Выявлено,.что основными факторами, определяют ши характер: ; мигрени ТМ в дерново-подзолистой почва,; являются захват и перемещение металлов корневши: системами растений, а'.также процесс, диффузии;.. Шдучены'данные-об. интенсивности накопления ТИ многолетними травами .V зависимости; от содержания металлов в почве в природной.обстановке. : "Установлено, что наиболее, чувствительныыи.показателями•для ведения : мониторинга и нормирования ТЫ в-почве являются"динамика содержания ■ .. . металлов в почвенных растворах и:растениях; при многоэлеыентном загрязнении почв ТМ;в первую очередь необходимо контролировать в почве содержание кадмия; как наиболеамиграционно-активного .и^токсяч- . ■' - ' ного элемента.:.': :,.■>•' '.■■;',' 1.0 " " ' - -V :'■"'''-■. ■ "«V.'"■■ Лрадтичес кая ценность' Полученные данные могут быть - использованы -.' . : при оценке"возможности: «прогноза загрязнения-ТМ природой,, объек-^ ; ■тов., прилегающих к'предприятида/цветно'й металлургии/ЦН/,:. ТЭЦ,ГРЭС, \

■ ^Сельскохозяйственным, полям, затркэйеннглл-осодками сточных воя /грун-' >'товых вод,* .водоемов,- растительности/,'а также, при - разработке" ^

Т»! в почвах. . ■■ ■ I. ••'". .' ■ - ■ ■.■;■::

■ Апробация-габоты." Основные.'результаты исследований.были: доложены

' • X. ко»«ференции молодик ученых'факультета почвоведения Ш'У /Коскзо, -1980/, л а I Всесоюзное конференции "Растения и промышлешая среда*. ..

/Днепропетровск, -1990/,:на 9 Всесоюзной конференцин"Биологическая: роль' микроэлементов /Самарканд,-1990/,','на заседай ни кафедры химии

почв факультета почвоведения МГУ в 1991 г. '• \

Публикации По теме диссертации опубликовано.' - работ.' •• 'Л. "-; Объем г»аботы -V Диссертация изложена на страницах машинописного , текста,; содержи^¿О таблиц , £3 рисунка Список- использованной литературы включает т наименования, из которых Т^/работ „на иност- . ранных языках;. „ 1 '-''.;'" .Л/ \ " '-"■'". '* '

- ; ; .ОБЪЕСШ ИМЕТОДи ИССЛЕДОВАНШ ■ V';

' ■ С целью исследования закономерностей миграции и трансформации соедшениЯсвища,кадмия,'цинкаи для моделирования реально про-исходигцих процессов загрязнения почв ТЫ'вблизи предприятий ЦМ были галажёньг две серии полевых модельных опытов - на дерново-подзолистой . почве на территории Агробиостанции- ИТ "Чашниково^/Солнечногорский район' Московской области/ .V /.>■ -I серия опытов Шчва слабодерновая глубокоподзолистая «а флювпоглд циальных.супесях под ельником-кисличником; Ш поверхность экспериментальных' площадок /1ы^/ в.1961 г. были ьнесени различные формы соединений'свинца,-, кадмия VI цинка: пыль с фимьтров-тонкой очистки -предприятия ЦМ," оксиды, нитраты. Опыт был заложен по схеме:

,'- * экспериментальной.7\; Ч\ Расчетная концентрация металлов площадка. йорма вне-' ' ' . при внесении, мг/кг /слой почвы '■ .:.'■ . сепия; :г" ", -.О - 10 см/ - -.-■ ^'-.

I, контроль •' , <-::..'.■■'*. '-'".-/.! '■-'/'-г-" ■ у~ ' ■' ■'■'■■'■-'■■' ■■"

* пыль - , - ' • • 500 РЬ, 340 2п,'30Са V ■.

3, оксиды '•'•'• 500>Ь, 500 Хц, 50 С<1 -

4, нитраты - доза I •"••„•.'. 250 РЬ, 200 £п, 50 (М

• 5, нитраты - доза'2 > '500 РЬ, 600 £п,100 ^^ '■.;.■■ ». '

б, .нитраты - доза 3 ' 1000 РЬ,1С00 2п,250 СсГ

В 1964 г./через 3 гора-после внесения ТМ/ на - каждой. экспериментальной площадке были. заложены -разрезы-траншеи, в : которых были :отоб-, раны образцы почвы послойно по профилю почвы/ а. также чорез каждые 5 см от. краевэкспериментальных площадок до расстояния-50 см.Пов-торный отбор образцов был произведен в 1969 г.. "V . - : ~ : 2 севид орытов ; Почва дерново-неглубокоподзолистая старопахотная. ..'■. год луТовой растительность») /душице-злаковый разнотравный луг/,. , ТМ были внесены в форме пыли, оксидов, нитратов в дозе 500 мг/кг ; РЬ и Хп, 50 мг/вг CcL .Предварительно в пределах каждой экспериментальной' площадки были заложены лизиметры на глубинах. 7 и 15 см. Дважды 9 год,'весной и осенью, откачивали лизиметрические воды, измеряли их: объем и значения рН, определяв содержание ТМ.' Также два ' раза в год, в июне и августе, производили.скашивание растений, количественный учет фитомассы и;послв озоления растений" определяли содержание'металлов. В 1969 г., через 4 года.после.внесения ТМ, на экспериментальных площадках были заложены разрезы-траншеи, в которых были отобраны обра^цы^почвы Tarais,как;и в первой серш1;опы-TOB.fb образцов почвы отмыванием на ситах были выделены корни. Для фракционирования-TU в почве использовали вытяжки со следующими эк-" страгентами: вода, ацетатно-аммоняйный буфер /ААБ/pIM.G, Ih.IINC^ /Методические* указания' ... » *1981/. Водную вытяжку, и лизиметрические .воды фильтровала через мембранный фильтр с диаметром пор 0.23'j.jm . и концентрировали упариванием.' При■анализе растительного материала - использовали 'метод кислотного, оголения.; Конечное" определение ТМ■■ 'проведено методом атоино-абсорбционной спектрофотометрии на'прибо-; рах фирм Первин-Эльмер.и Хитачи,'при низшх концентрациях ТМ испо-. : льэованы дейтсриевый корректор фона или еффект Зеемана для учета нерелективльтх помех. Были' определены некоторые физико-химические; ' характеристики почв опыта: содержание гумуса,' величию! ЕКОпо* Боб- ■

ко-тАскинази, содержание обменных величию! рН водной к

солевой еуспенэиД /Агрохимические мвтодм исследования пота» 1975/.

Для исследования" растворимости оксидов свинца, идмая'У цинка в Ih.HHÜj и ААБ рН-4.6 в 4 навески почгы в двух позторностях била, внесен« оксиды ТМ по 30 да V расчетвна ттлжя: X/ FbO, 2j CcíO, 3/ J£nO».V PbO, CdO, <£лО, Почва с оксидаш тщагаина перемешада-лась, затеи готовились виткхки. *' , - ''

Для проведения фазового рентгеновского анализа образцы почвы предварительно обрабатывались броыофорыоы /трябронметеноы/ с целью осежденияи концентрирования ожскдо» ТЫ /Догвинвнко, 197V. Рентгеновский аимиэ; проводали на дафрдаоие г.0 /Применение метода рентгенографии ;.., 1978/, ::.' .

' УСТСЙЧИВОСТЬ СКСВДОВ СВИЩА, КАДиИЯ И ЦИНКА В ШЧВЕ Такие экстрагенты как 1н,НЫС^ и ААБ рН-=4.8 широко применяются в анализе почв при вагрязнемии их TU /Методические указания ...» : 1981/. Оанако,. в татературе отсутствует сведения о растворимости > ' в этих реагентах оксидов ТМ, которые могли бы служить отправной точкой для выводов ¿о направленности процессов траис$орыацки этих -.твердофазных соединений.- V • ■

/' Проведение такого исследования' позволило сделать вив од .о выс окой растворимости. CdO,: PtoO $ 2пО в* 1и. азотнокислой;вытяжке, в которой оксида металлов растворяется: нацело. ААБ pfW.8 извлекает около 75Я свинца» 68% кадмия и Э8£ цинка из состава оксидов; при их совместной нахождении в почве. - ■'''--д.^

В исследованиях по трансформации оксидов.TU и паяй с фильтров предприятий Цй. основную долв которой составляют оксида металлов, -вывод о растворении »тих соединений в почве делается на основании косвенных данных - в результате изучения4количества подвижных иг * водорастворимых форм соединений металлов, поступивиих в почву в

составе труднорастворимшс соединений, и'сравнения о поведением ые- таллов иэ состава качестве»» иных соединений /в частности, нитратов/ Бансал, 1902, Каплунова, 1963, Сердюкова,. 1903, Лервунина, • 1963; Горбатов, 1909/. ' *

■■; Возможные реакции гидратации: У. „'У 7

/Г/ РЬО V 1^0 2Г РЬ/0И/г • . . +6Л67 ккад/моль;

/2/ СйО +' Сс//0Ц/2 - • • +1.717 ккал/моль;

/3/Н20 ^^п/ОН/г • --0.603 ввад/ыоль

характеризуются невысокими положительными изменениями анергии Гиб-' ■ бса в реакциях /I/ и /2/».отрицательным - в реакции /ЗУ, что говорит о теоретической устойчивости реагентов - РЬО и, Сс10, а - ташке о принципиальной возможности растворения^пО. Как указывает Ы.Х.Ка-раиетьянц /1981/, химические реакции, » которых участвуют твердые вещеотаа, хар^ер11Эу1^ся нйЗЕ1ЖИ СКОростдмк, т.к. для их полного протекания геобходии интенсивный процесс массопереяоса для удаления продуктов реакции с поверхности твердых частиц. - ' ;

11а основании теоретичеекойуетойчиюоти оксидов ТИ бша предпринята попытка диагностировать твердые фазы оксидов свинца, кадмия и цикка в дочае опытов., Поскольку оксида ТЦ являются' кристаллически-' ¿ш веществами/ их наличие в почвеможно выявить.с помощью фазового рентгеновского аналиэа.Ддя проведения рентгеновского:анализа обраэ цы почвы предварительно обрабатывались брсмофоруоы с целью отделе--над оксидов ТМ от общей почвенной ыассы, так как без этой операции уловить диагностически» пики РЬО, СкЮ и £пО не опасалось из-за их инэноа концентрации и большого количества иекакцих;компонентов. - Съемка ориентированных препаратов смеси чистых реаетнаов РЬО,:СаО . и Г2п0 ьыязила основные:диагностические Пики,' состветсвутадее меа-г плоскостным расстояниям /А/: ЙзО 3.12, 2.94, 1.72, 1.47; •

С60 - 2.34, 1.65, 1.41, - ^пО -2.79, 2.59, 1.90 /^-леев, 1957/, •

Наличие на рентген-дифрактограммах образцов почвы, отобранных с поверхности'в центре площадок внесения, вышеприведенных пиков позволим^ сделать вывсд о наишчии 1фисталлмчесних фаз оксидов евин« ца, кадмия и цинка как в дсрново-подзолистой почве /ДПЦ/ под ель-никои-кивяичником через'8 лет после внесения оксидов ТМ, так и в дерново-подзолиотой 'почве под луговой растительность!) через 4 го- -дапосяе" внесения /рис^ 1*а,б/. " •', ; *. '■

Дна полученияколичествёкннх характеристик содержания металлов - в твердой фазе оксидов мыприыени ли следующий при ем. Оос ко ль куо к-сиды свинца, кадмия и цинка полностью растворяются в 1н. НЛО^ вытяжке, сравнив содержание металлов «'1н.НН0^ вытяжке из почвм до и после обработки брамоформш» ыолмо подучить количества РЬ» С<1 и

¿п,' которые находятся в форме оксидов /табд. I/, - .'-,'■ ■'.-."■ :■■'.■.'>-. V. '■.'■ _'■'V';.. ■■.■'■.'- 'Л:-.''Таблица I '■ ■■.

■\ Содержание ТМ в Тн.НЫО^ вытяжке из почвы, мг/кг

Вариент " '. РЬ •':• .' ' cd ь, ■

i . . г . г 2 I 1 »

ДЛЯ - луг ; 1000 475 ; ДПП - лас'. 2600 -2010 I - до обработки бромоформом; Z . ioo /:, 60 еоо зтэ 6.85 5.06 1245 1015 - после обработки бромоформои

: Через.4 года после внесении оксидов ТМ на. поверхность дерновс-лодзолистой почвы-аод лугрвой растительностью бЗЙ свинца, 4086 кед-: ■ мия и 4755 цинка находятсаименно: в; той фО{ые, в которой были вне-• сена"» почву - в форме оксидов. Б почве под лесом через 8 лет пос-. ле внесения металлов только 2t$ свинца, 2&% кадыияи 18%цннка на-■.■,.'"*адится в форме", оксидов. '

• '; ХРАНСвОРКАЦШ • С0ВД№12НШ ТМ В ДШШ04КДОйЧИИ0Й

.. ; ПОЧВЕ ЛСД' ЛЕСНОЙ РАСТИКЛЬНОСТЫ) • ""•'.•'

При поступлении соединений !ГЫ на поверхность дерново-подзолистой почвы в первую очередь металлы вступают в контакт со слоем лесной подстилки, которая, с одкзй стороны, может быть идентифицирована ■ как важная ловушка для ■ Ш/КриволуцкиЙ, Тихомиров,. 1937, Б^сата, 1960/. С диггой стороны, насыщенность подстилки водорастворимыми ■' органическими соединениями /Фокин и др., 19в2, ¿гоЬгшоп оЬ а1 V-1902/' спос6бствует тра11Сформацяи*металлов'в болев инграционно активную форму, В пределах вкслериментальных площадок около 7К6 РЬ, Сй и Хп, поступивших в составе оксидов:и пыли, находится в-составе лесной -; подстилки ' /табл. ¡^. ""Аккумулятивное _ распределение^ ТЙ в еагргзненной ' ■ почве определяется такжей высокой устойчивостью ¡техногенных сода-нений-ТМ; л';"л.'^'Ц^-Л:::" -• Характер распределения в почвенном профиле ТИ, лостуливдих в почву в составе оксидов, пыли и нитратов существенно различается /табл. 2/. РЬ, (М и <£п, поступившие из состава нитратов ТМ, значительна более интенсивно, мигрируют по почвенному профили,. кадмий является наиболее^ подвижным элементом --';его повышенный концентрации наблида-»тся до максимальной- глубины отбора обреэцов, свинца: в цинка- до . 8-15 см,.что является следствием более низкой сорбируеыости кадшя

Динамика содержания подвижных форы свизца, кадмия и цинка, посту: пивших" в - почву в - составе оксидов ■ и шли,' характеризуется уыеиышш-." -: од:относительного количестваэтих форм соединений металлов во эре- - ' мени /рис.- 2/.'Учитывая данные о наличии в почве в этот момент тьер-дых фаз оксидов ТМ,.: можносказать, что за 8 лет проведения опыта ; равновесие в почве в системе овдшы ТМ - раствор не было достигяутэ. Характер же изменения содержания подвижных фор« металлов может обус-.;

; .'.;.-.■"* . . Таблица'2.

Формы соединений ГЬ, Сс1 и 2л в почве» мг/кг.: / / ' '

Глубина,

"'■/■■'-', С!1 • . . . ч

< :• ■ I .. .: 2 '''• : I ■ ^

Контроль • ■. • '.'Г -. - < • - ■ • 1'

о-г :. ' 16 0.44 • .,55.2'

-=Л 2-4 ' . 16 ; :з ' . V 0.14 0^09 16.4 " 7.8

. 4-6 14- ••. 2 • • • 0.09 0.02 . 14.9 .5.9 ■

. 6-8 , 14 2 ;о.об"- 0.01 ' , 9.1 V .3.7,

, 8-16 --- 9 '-г: : 0.02 0.01 .'.': 5.8 2.7

15-25 ;ло - г ; 0.021 0.01 '' 3.1 ' 1.0

, Шль. - -

' 0-2 '2139 и .го' ; 980 .

2-4. .... 2006 1670 - 7.06 V 5,32 1760' 1300. " '

■".■ • 4-6 : ' 16 7 0.56 0,34 - 190 ' 140

:.. б-о ■■ . 10 5 0.20 0.14 . 65 29.2

8-15 : -з 2 0.11 0.08 ■ 18.1 7.2

15-25 ■■у ;- - 3 ' .1 0.08 .0.04 8.7 ■ 3.3;

Оксиды ■■"г-.'1:' ;г " ■ ■ -1

0-2 ; 2481 ; 143.6 ■ ,-- 2708 V -

2-4 ■'■' 2115 1240 : 107.5, ; 90 1035 . - 957

' •4-6 " ; 77 \ 18, . - 4.28- 2.СО4 '" 35.5.' .27.0

б-е - 25 : 6 ' 1.58 / 0.60 ■ 19.5 8.3

• 8-15 ' 15 " 0.62. 0.09 7.0 5.4.

15-25 :■ 2 1 : . 0.32 . 0.13 ' ' 3.5' -2.4

Нитраты-доза 2 . ■ ■ V. _ •

0-3 '■"■'. : 534 - 82.6 400 .

..'■' ' 3-8 :..' 123 .76,2 61.2 1С8 „76.6

■ 8-15 . : 17' 10 33.8 :■ 25.1 '"85.2 .79.6

15-25 I 14.3 10.2 '18.9 : 14 .:4 ^

■ ' 25-40.- . • 6 . . I • . 13.1 • • 8.0'' 12.5 5.2

• 40^60 I ^ V 1.8 . 1.0 3.1 . 1.2

60-80 , з •Л • - " 0.5 '..0.2 • 1.0. •0.3

" I - 1н. ИЫО3; 2 - ААБ>4 4.8 У^-Уу'-:

- и -

: %

100

ао .60 40

20

а/

. Н> Сб-2а.

■.."■' \ контроль

I 2 3 . свмаец ■ : Н№7.5/

I 2 3 „;■ нсршб,1

I 2 3.

■ЦИНК .

100

яо

. • 60

'40

20

»

'-. и> са гп ; г э I 2 э 12' а

контроль -•/• свинец - ' ■ кадмий". ,- цинк 4

' ;'; \у/ НСР»4,1 _ 1 ; НСР-6.8^ . не суш.

; 'Рао, 2 Относительное содержание ТМ,. растлоршл в- ААБ рН=4.8... ';- Варианты с внесением: а/ - пили; <3/ - оксидов Та;-" "';.■

Г - 1984 г.; 2 - 198?» г,; 3 - Нитраты /ариведено для сраьис-;;

-".:*' кия/,:, >."■"! : 1 Л'-.'/г■"" '■"..■ ■"■'■■

! ловдаваться такими факторами, как обволакивание частиц оксидов Т11 продуктами взаимодействия с почвенным раствором, дисперсным почвенным материалом,,а также «тарение^ осадка оксидов. Этими ш процессами может определяться и несоответствие кищентрацнй негаллов: в водной вытяжке иа почвы /табл. 3/ тем величинам, которые долями'

■'■"т .'. . . Табдща 3

- -Содержание водорастворимых соединэиий ТЫ ::в почзе

са :

Вариант . рН, ■:'гI V "■ 2 VI ¡¿'Л 2 ;'■

Контроль 5.33 <0.025 . - <0.003 1 - 0,00 .5.91

Шль : 6.23 0.139 -6.17 -0.046 ;-6.39 ; 0.780--4.92

; • Оксида 6.270.072 . -6.45 0.027 -6.62 0.610 -6.03

• 5.77 0,(^0. ' -6,62 .0.049 -6.36 - 0.242 >5.84• V Китр^2+ 6.70 0.180' -6.06" 0.072 -6.19 . 0.322 -6.31 . Штр1з+ 6.34 0.222 -5.97. 0.121 -5.97 .0.371 -6.25

■ " .. : ■■■.-■;: :;".■:■.' 1ЭД9 г. Ч;':.-

Пыль ' 5.21 0.184 -6.05 . 0.124 -5.96 2.01 -4.51 ■■-,;;■,

Оксиды 5.30 0.152 -6.13 0.026. .-6.В4 2.1В -4.4?

" ' " ^ ~ ^ 'ИОЛь/д} +' Г ДОЗИ ВКОСОНИЯ : -"у .

быть при наличии в почэе оксидов ТМ и ограншзда&уьсд поле» вышэ V кривых уаСТЕОр'ЛМОСТИ «руднорастэоркных ОКСИДОВ М4Т5ЛЛОВ /Горбь- • . тов, 1963, Рудакова, Воробьева, Нояых,"1906/.. Что же касдется

• свободных иоиоз

поведений которых можно рас- смотреть на примере почвы с внесением нитратов ТЫ, то процессом, ' 1 : ояредея/цирш: распределение металлов меаду твердыми и жидкими фа-- * - заыя почгы, нежно назвать процесс адсорбции.1 Подтверждением этого . ' положения слуккт возрастание концентраций-Еодорастворимшс ТМ при -увеличении дозы внесения. .'■'-'/■'■'.'-у;", -"'" ~У у'

■ ' Если концентрация еломеита ограничивается рлстиорткосгью ого V , • трудкора.створишх соединений, то почвенные растгорн' а каптирующие

кх.вытяздси должны быть касШ(9Ш от1юсктольно труз!Шорасга5р:1ыж со- У ейский, и дозы вносимых металлов не долзаа влиять на уровень кон--ЦйнтрадиЙ мег&лхса в водной вытяжке. 'И'- ;:\ У

■ ■ v'' " 'V'"'.'-;.'.J, Таблица ' .

Изаенеше величин рНпочвц экспериментальных . площадок ' '

Глубина, см Контроль - f .;V Пыль . Оксида 1 -Нитрата :'.■>'

0-2 6.19 ' 5.60 5.65' 4.57

2-4 5.09 : 5.31 6.49 4.49 •

4-6.. 5;04 •; , 4.79 • •.' 4.62 '-:V 4.45 .

б - Q ■ 4.88 .'4.60 ; • ; 4.64 . 4.47

• 6-16 4.94 4.72 . - 4.5Г ■ .4.44 '

. .15 - 25 • 4.96 ■.-■ 4,73 4.60 . ' 4.41 - •

25 -.40' 6.01 .4.897 " V. ""4;63 ' -- 4.48

' . К« венным ; подгаерадением полояения об .определящзч влиянии ад-сорбцни на поведение TU в дерново-подаолистой почве cj^sht у иэме-кенив^величии рН почвы'ка загрязненных площадкахро сравненис с . : контрольной /табл. 4/. Кае яокааано'в работе В.С.Горбатова и Н.Г. 'Зарина /1568/, процесс специфической адсорбции TU почвой сопровсж-: дается выделением протонов о почввшшй раствор. Шекно етии! про- . цессом ыске^ определяться и яодзивлеиие; реакции почвы на площадке с внесенкем нигратов.При н&льлш конов К* в почвенном растворе дернов'о-оодэошснгоя почвы, возрастание величин рН верхнего 0-4 сн . слоя почвы на площадках с внесенными оксидами Та и" пылью возиокчо определяетеявэашодойствиен ТМ04-2К+^г TM^-f Н^О или ле частичным растворвниеи-диссоциедией ТМ/ОЦ/^,; образующегося э реаультато; реакций гидротации /I/ - /3/. . . \ ^ ' ^ - :

РАСПрдеПЕКИй • Pd, Cd И £п в ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТАХ" Н..З , •• • ЛУГОВОГО БИОГЕОЦЕНОЗА • .

б цэлсы распределение ТЫ в луговом биогеоценозе икеет нескол^ ко временных 8таяов^\Первйя »топ, да& года иелосрсд^гонш .следующие за поступлением металлов на поверхность почвы, харайт^ризуется

•fue. 3 Динамика содержания TU /иг/кг/ в.растениях. Г - контроль,. 2 - пыль; 3.- оксиды, 4 -нитраты.

высоким содержанкам ТМ в почве, интенсивнымпотреблением металлов растениями , значитёльним внносои в природные воды . Па иго-',' ром этапе, через 4 года, содержавие свинца в растениях енкзи- -'' ; лось, до фонового уровня /2-3 ¿г/кг сухой. массы/,. содержание кадмия■осталось высоким /6-8 мг/вг/, цинка- на протяжения все- ■ ; го'периода наблэдений отличалось V относительной■стабильностьв /38-77 мг/кг/ и незначительно превышало концеятредив в растениях незагрязненных площадок /22-34 кг/кг/, /рис. 3/. При этом со-, держание,металлов в почве в форме "доступной для раотепкй" * _.' /ААБ рН«4.в/ очень высокое /табл. 5/, что слабо коррелирует с ••'

, содержанием, в частности свинца, в растениях. > • ■ 'V.'■'.'..-■ . ■ ;. ■ Динамика содержания ТМ в растениях и определенной: ыере ! объясняется характером изменения & ходе' опита концентраций металлов -в лизиметрических водах. JC четвертому году ■ псоледовшшй уровеш. концентраций сшшцаи цинка в "лизиметрических водах сравнялся е контролем,'кадмия - в 4-5 pas превышает контрольпае величины : / таблб/. Уменьшение : содержания -ТМ в лизиметрических водах с ; течением времени может, в первуюочередь; абъяснятьсяпереходом оксидов TU и пиля в более инертную форму в а счетобполакяванпя их почвенной массой и сорбцией ППК перешедших в раствор роаоп. Однако,; отнеоти происходяшиепроцессы только эасчет проявления ' почвой своих буферных,* шактишру ющих свойств • нелъ эя иэ-sa очень внсокого содержаши ТМ в вегетнрувдей корвевойсистемерастенгй;■

./табл..5/.' -

; В ряде re60T /2l«daM ,.1975,: W-la ,1977,Ильин, I965¡ Нестерова," 1989/ приоритетными факторами,':снижшоашми;содержанйе ■ TU в растениях,.назвала физиологячёские^зашитяие механизмы растений, Защитные механизмы растений, приводящие' к - нечувствитель- ; нсю1П1к варуяени» химического баланса в окружающей * с реде, вира-батытаготся не. только в ходе онтогенеза, но и филогенеза /в те- .

■';■„■,.: V ■ ; ■ ^ ■ ''■■'.':''■' .' ' ' .':■■••' Таблица 5 •. ■. :

: Распределение' свинца, кадмия и цинка в основных компонентах лугового. биогеоценоза; ■ иг/кг

' Объект. -' Глубина отбора . сйразцов, а ■ : ■ ■ Контроль ■ ' Оксиды ТМ ; :.' },;,Ййраты ТЫ. г.:

РЬ Сб РЬ," : Сб - ; РЬ; СУ • . Хя

. Растеши /назем-

ная часть/ . 1.38 :: 0.19 27.2 • 2.12 3?.7 \ 2.65 .7.99 • 76.9

Корни .0-3 • о 7.38 0.32 .36.8 ■ 962.7; .204.6 697.9 .137.5.' '84.4 205Д'

3-8.; 6.94 ' 0.12 25.0. 126.5 34.9".' :' 695.5 87.9 57.3 • •107.0

• • е-15- ' од 0.05 24.7 23.6 8.3 54.4 26.6 22.6 64.2

Почва /1Н.НЫО3/

0-3 0.2 10.0 .900 ; ио 575 400: . 21.4 '180

0.1 8.3 50 .V* 12.7- В5 , 250 ' 13.0 123 Г.'/-:

од , 7.2 .49 , / у 4.2 59 V,.: 60 8.6 7$

Пэчэа /ААВ р!Ь4.8/ ■ "'г

• од 2.6. 500 90 .■:■:'}. 310 106 14.9 40 '

1г. д ОД 2.1 • 35 7.6 V 25.5, 55 ' 9.9'

ут.;;: в-15' од '-'■:- 1.3 20 , 3.0 16.0'" •'24'.., 5;з 18.3 .

' Почва /водная вы- ; / • ' ■

' тяжка/*- . 0-3 • 2.5 50 : 8 3 • . • 80 15 12.5 : 88

2.5 0.25 50 ■ • 1.5 - 23 1.5 •

. 2.0 • 0.25 . 80- '.'з ; " 0.25 43;'. 2.5 '.0.25-;; ■ 38-И

Лизиметрические ' . .V.,

воды^ ' 0-7 5', - 0.50 23 5. '1.6 : .67 7 6.3 1.в ■"

0.25 " 33 • . 0.5 . . 12- ; ' '3.7 0.5 : 23

- ■ - мяг/л ',.'•'

<u

'•. . ' . • - 17 - • ; ' V ■■

чение жизни нщшвидц/ /Лархер, 1978/. Эти' явления способны полноценно' проявиться только в процессе последовательных вегета- I ций4 т.е. у многолетних растенийПоэтому многолетние трави в естественных условиях могут произрастать па почвах с высоким., уровнем - загрязнения ТМ и: быть вполне: пригодными для испольэова- . нияв кормовых/целях.* Так, через 4 года после поступления в поч-, ву, оксидов ТМ при* содержании в 0-3 см ^словпочвн, 900 «г/кг свинца'/250 мг/кг при расчете на • слой почвы 0-25 см/ и 575 мг/кг цинка /103 мг/кг/- содержание этих элементов в раотешшх не выхси-

дитза предела ■ ; „ МИГРАЦИЯ

нормы.,' -.1 '...■'■■ :;-.:{

РЪ, Cd, %п В ДЕШОВО-ГОДЭОЛИСТОЙ

Миграцию химических элементов можно■описывать через такие экстенсивные показатели как количество мигрирующих веществ и рас- . стояние/на которое Ъеремещаигсяэлементы /Перельман, 1ÖÖ9/. 7 / Для наглядного.представления характера распределения TU в почве после поступления да ее поверхность мы строита изолинии',содержа-. кия металлов в почве /рис;. 4 и 5/. В целой, для перемещения ме- ; ' талло^ в дерново^иодзолистоА почве характерны следующие особен-ч ,ности. ' значительное количество металлов, поступивших на поверхность почвы, аккумулируется в верхнлх-0-3 см слое почвы. Через 4 года после внесения ТМ для свинца, поступившего в,составе оксидов как в почву под лесной, так и под луговой растительностью, горизонтальная *миграция■составила' ^ 25—35 см, вертикальная 8-15 . см,," для кадмия горизонтальная миграция 40-50 см, вертикальная до максимальной глубины отбора образцов, для цкнка горизонталь- .

- ная.миграция 35-45 см, вертикальная.*- 15-20 см. Лэодишш распре-' деления ТМ в почве; в целом, достаточно симметричны с центром симметрии в зоне внесения. , .с4/- ■■■ - "

- "; Как видно из рис. 5,изолиния содержания ТМ в корилк и в поч-

л :■ ■ ■■

is ,

;■; у.' Ра с. 5. Изолинии . содержания ТМ в почве ¿ корнях растекаЗ, мг/кг. 2 серел опытов. Оксади-ТМ. ' . *

J 4.5 40 ?5 '.30 P Ч Л* У S ' ' ' V У:,:|.s";gfî;j У1 г >:

" см 50

: , Кадмий Л^ 40 . S?

5 V.

ca 50 45. 40- 35 30 25 20 -15 10 5

\\ i

Цинк;,'Л

? " ^ f5 Í" f У 'У :

" ' ""'' ■■■■-■......

, ■ .'■'■;. в--

ю ;. » ■■

15 см ' ■■

почве-, . ■,■'.'..

• ве под луговой растительностью находятся очень близко яруг к ' другу, зачастую сливаются. Трудно однозначно выделить приори- ; тетныЯ фактор распространения ТМ от зоны внесения» однако1 моя-*" * но предположить;/что биологический фактор, а именно захват ме- -таллов корнями ¿перенооихво время роста вегетируппвй корневой системой луговых трав, выделение в окружающую почвенную массу во время отмирания я разложения растений, - играет важную 1

: .роль. в переносе металлов как в латеральном направлении . такив-■ глубь почвенного профиля. . ; • у у'Л -"'уу ;'':„ ' ■ - / У' .У"' ■; ■''." 1 Ч1аряду о биологическим фактором' сложившийся равномерный ха~ 1 : рактер распределения ТМ в почьеможет определять процесс диффу- ' : зля. В работе А Л. Алексеева /1979/ показано, что эффективные ;'■-коэффициенты диффузии г Хп и М в дерново-подзолистой почве на- ,

ходятся в пределах п>10"*7- л-10""1'? см^/сен. Если процесс миграции ТМ в почве,описывается уравнениями диффузии и имеет диффузионную /кваэидиффуэионнуя/ природу, расчитываемые по распределению элементов в почвах кажущиеся коэффициенты диффузии/Я а/ должны находится именно: в. этихпределах.:Расчитанные кажущиеся коэффициенты диффузии ¿а в (М изменялись ;в пртделах ^едпола-:/у гаемого диапазона вначеиий п-10~8-лп»10"*7см^/сек, при этом сок- " •• ранялась стабильность величин аво времени и значения ' -

и при перемещении элементов по.поверхности почвы оказались - ^

примерно не порядок больше, /п-Ю"'/. чем при миграции по про-.'' фИЛЮПОЧВЫ /П;10""®/»;, у./ • • /у^У'.А ^УЛ.';. '".';.

Учитывая значительную устойчивость твердофазных,соединений -ТМ в дерново-подзолистой почве, мы провали ис^ёдование .воз- : Ч * мощности миграции металлов непосредственно' в форме оксидов. • V' Проведенный рентгеновский анагаз показал, что в образцах дерно-;во-подзоллстой почвы под луговой растительностью; отобранных с глубгаыЗ-8смвпределахплощадкивиесения,атакжесрасстоя-

ний 5 я 15 с«'от площадки' внесения,-имеются пикя, характерные: для РЬО, С(Ю и £лО /рас. 1 в,г,д/« Анализ 1н.НН03 внтяжек . ' из образцов яочзыдо и после их обработки:брошформом показал, "/табл. 6/, что в центре площадки на глубине Э-0 си в $орме оксидов находится 14% свинца, 15)Е кадмия, * 5$ цинка, на р&сотоя- -, .няи_ 5 см от экспериментальной площадки - 41% свита; 13%, над- ' " .»тая,'2% цинка',-на расстоянии^15 см -: 1Э£ РЬ ,* 5% СА, 13&

•Таблица 6

-' : Содержание ТМ в почве7«г/кг

^Образец,::

■■ см-,.'.

■ Сд

1 ;, 2 . 1 . 2

3-8 •

5 : ■ 15

; 50 ;.: 43 1600 . . 950 200 ; ; 175

13.0 11.1 05 81 110 96 • '530-520

13.1 12.5 120 105

1 - до обработки бролмформом;; 2 - после обработки бромоформом

... Таким образом,.можно, сказать, V что процесс перемещения сое- • динениЯ ТЫ в дерново-подзолистой:почве' осуществляется .путем ' захвата 'ипереотложения' корневнмясистемами растений , *а в ■ почвенной массе - за счет двЭДузпи..При наличии в почве тв'ердо^аз-¿шх соединений ТМ; таких к$ч оксидн и пиль, р первые моменты'. ик пребнванкя на поверхности почвы основную роль:в перемещении этих соединений;играет; конвектявная дяффузия.' Тленно гахкм об-* ■ разом может осупеста«яться перенос частиц оксидов ТМ й ныли по поверхности.почвы,- а также в толще; почвы 1 по трещинам,По'мере растворения; твэркефазннх соединений' ТМ и прд поступлении мвтал-лов в форме легкорастворт-лх солей прео&гадаюдаш становятся' ',-ионные ' процессы' диффузионного перемещения ветеств. • / "

; •' вывода - .

' Трансформация ■ в дерново-подзолистой почве"Твердофазных техногенных соединений ТЫ,; основной химической формой которых :являются оксиды свинца,; кадмия и цинка, осуществляется в;нал- > равленииих растворения. Процесс растворения оксидов ТИ- в поч- ' ве реализуется медленно. В дерново-подзолистой почве под луговой растительность» через 4 года пссле внасеяия в нев оксидов свинца,,кадмияи цинка в первоначальное форме сохранилось" около 50$ всех внесенных оксидов, в дерново-подзолистой почве под . лесом черев' 8 лэт после внесения в форме оксидов находится^ 2030? металлов, V " • •'' '-. *-' Г:"';. V*-"' ■ V- '■ "„ 2. Наиболее вероятным.процессом, контролирующим распределение ионов металлов между твердой и жидкой фазами почвы, являет^, ся процесс адсорбции-десорбции.. . "у;;: У--^; ' ;.У .-.1:". /у'-

3. Горизонтальная миграция РЬ, С<1 и Хп в почве превышает' . вертикальную в 2-2.5 раза. Наибольшей миграционной активностью -обладает кадмий, Расстояние, на которое мигрируют металлы; за» висит:от химической формы,:в которой они поступают на поверхность почвы. Наибольшей подвижностью обладают металлы, поступившие. в составе нитратов. .{'.УУ'^ • •• у■"'■^ : 4Основными факторами, определяющими характер миграции ТМ: в дерново-подзолистой почве, являются - биологический /захват в перемещение ме тадлов вег'втируидими корневыми системами растений/ а т&кже'процесс'диффузии,. . у /.у-

5. Перенос металлов по поверхности почвы, в толще почвы по , трещкнам мохет осуществляться нвпосредственно в форме оксидов ТЫ

6. Загрязнение почвы тяжелыми металлами, находящимися в форме техногенной пыли, а также оксидов, приводитк возрастанию величин рН верхнего 0-4 см■слоя дерново-подзолистой почвы, что оп^

редвляется^ наличием оксидов ТЫ и взаимодействием их с попвениш раствором. Частичное растворение оксидов ТМ,. мягращш конов металлов вниз по почвенному профком, адсорбция ях ШК определяют -уменьшение;величин рй иижэдежвтах-слоев почвы; .--.'

7, Ссютжвиение'фогы соединений ТМ в загрязвенныхдерною-лодзолиетыхпочвах характеризуется преобладанием "подвижных"' /доступных для растений/ форм соединений.'металлов.*. ' ... / .V 8. Высокое содержание свинца,, кадмия и цинка в'почве( Интенсивное накопление металлов растениями приводит я снижению биомассы лу1^вых'трав.1В рвзультате транс^ср5ации-соеД1111енвЗ Ш в почве," действия' физиологпчаскшг. защитных механизмов травшшо-того биогеоценоза содержание1свинца и нивка в растениях через ' 4 гсда после , поступления ТМ з почву стирается до фонового У10»г ня. ';.'-;';. ;'•■- Д' " V ■■ .':'*;''" •'. .--.'-'-'-' ■

При локальном много элементом загрязнении окружаюсД среды атмосферными выбросами-предприятий цветной металлургии в первую очередь необходимо контролировать в почвах Сйде1жшие кад- : мля-■ как наиболее миграциоано-актяввого в объектах окружакдаВ ; . средн к токсичного элемента.' • ."■.;/•''.' • • ';'•"•'' : '■;.'.'

-10. Наиболее 1,чуветвитальнш.м,цЬкаэателкш1 доя. ведзндя мои это-ринга и нормирования Ш^тшккгся,';^

впочвеннш: растворах '/лизиметрических вода», - водной внтяжке/.

и растениях. "'.Л-4--/: ''-■■Т. ".'1':'."': '/ .■■'-

' : СПИСОК РАБОТ, 0ПУБЛШЮВА1ШЫХ • ПО ТЬМВ ЛДЯШАШ . '"' . . . 1. Миграция и. трансформация сОеданеняй, свинци,. кадмия иц<ш~ ■ ка в 1фофиле де(«ово-подзолистой почвы // Труды Х ваучноП нон-фережгаи^молодых ученых факультета почвоведения ШТ. У.', 196В. Дед, 'в ВИНИТИ " > ■"■ " 19*03 г.

• . " 2. Миграция я трансформация соединений свинца в .дерново- - ' " ;: . подзолистой почве'// Миграция загрязняющих веществ в почвах . "и.сопредельных средах. - Л..Гадроыетеояздат, 1989, С. 194 -199/"в соавт./г. ' , - : '. -. • л. ; л-*'.1...

. .*■■ 3.' Трансформация техногенных соединений тяхелых металлов

в дерново-подзолистой почве //.Вестник Моск. увнв-та, Сер. 17. '.-V Почвоведение.: 1990." * 3. С. Э9-44-/в соавт./ - " ■ *;.'■■' ■'

■ ; 4. Влияние различных форм соединений -свинца, кадмия и цинка ^ ; ■

*. на поступление металлов в растения // Труди 1 Всесоюзной кон- . ; * ференции "Растения и промышленная среда". -Днепропетровск,:. ' , ' : 1990. С. 144-145. /в соавт.//. .. ' У• . ' ' • У■' ■'."■:-'

• л 5.'О критериях приоритетного вибора показателей для обоснования ШЕ тяжелых металлов в почвах // Труды 9 Всесоюзной кон- „ «решим "Биологическая роль макроэлементов"« Самарканд, 1991. •.

•Подписано к печати 10,04.91 - Объем I-п.л. - Г . :. V-V Формат.60x90/16 - ТнращЮО'экэ. Зак.ЗЛ ' .