Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрохимические приемы снижения поступления тяжелых металлов в растения

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Агрохимические приемы снижения поступления тяжелых металлов в растения"

г-з од

- 1 1998

На правах рукописи

ДАБАХОВ МАКСИМ ВЛАДИМИРОВИЧ

АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ СНИЖЕНИЯ ПОСТУПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯ

Специальность: 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва 1998

Работа выполнена на кафедре агрохимии Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии и кафедре агрохимии Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научные руководители: кандидат биологических наук Г.АСоловьев

кандидат биологических наук В.С.Егоров

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук И.Н.Чумаченко кандидат биологических наук Г.Г.Аристархова

Ведущая организация: Центральный научно-исследовательский институт агрохимического обслуживания сельского хозяйства (ЦИНАО)

Защита состоится 15 декабря 1998г. в 15.30 часов в ауд. М-2 факультета почвоведения на заседании диссертационного совета К 053.05.86 Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова.

Адрес: 119899 Москва. Воробьевы горы. МГУ. ф-т почвоведения. Ученый совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан "_"_1998г.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.И Бабьева

Общая характеристика работы

глальность темы Проблеме загрязнения почв тяжелыми металлами сейчас ¡ляется особое внимание. Это обусловлено тем, что за последние 20-30 лет ивное вмешательство человека в природные циклы ряда элементов приве-к дисбалансу между поступлением их на поверхность в зону повышенной хтогической активности и оттоком в осадочные отложения. Большая часть гаотантов аккумулируется в почвенном покрове и крайне медленно удаляя при выщелачивании, потреблении растительными и животными органами. эрозии, дефляции. Поскольку почва является основным средством [ьскохозяйственного производства, накопление в ней избыточных колите тяжелых металлов представляет собой крайне нежелательное явление и бует мер как по предотвращению поступления данных элементов в почву, и по снижению токсичности уже имеющихся концентраций поллютантов. Почвенная экосистема обладает существенной буферностью по отношению оксическим элементам. Эта способность переводить их в малоактивную эму тесно связана с такими ее характеристиками, как реакция среды, ЕКО. [ержание органического вещества и другими. В сельском хозяйстве в на-ящее время активно используется ряд приемов, влияющих на данные ха-ггеристики и повышающих устойчивость почв к загрязнению. К таковым осятся известкование, внесение органических удобрений, природных и усственных сорбентов.

Целью работы является сравнительная характеристика различных агрохи-геских приемов по действию на поступление РЬ и Сс1 в растениеводческую дукцию и определение их эффективности на светло-серых лесных средне-линистых почвах. В задачи исследований входило:

1. Изучить возможность использования сорбента (этилсиликаната на-я) в качестве инактиватора тяжелых металлов в почвах.

2. Установить уровни содержания № и Сё в почве, при которых проис-;ит загрязнение растениеводческой продукции до значений, превышающих К.

3. Дать сравнительную оценку эффективности внесения навоза, извест-ого материала, цеолита по снижению поступления в растения РЬ и Сё на [мере различных ку льтур.

4. Исследовать зависимости между уровнем загрязнения почвы, испо.и зованием различных агрохимических приемов и параметрами качества пр< дукции.

5. Изучить влияние агрохимических приемов на формы содержания Р и Сё в почвах.

Научная новизна. Впервые на светло-серой лесной среднесуглинисто почве в полевых условиях проведено сравнительное изучение действия ряд агрохимических приемов на поступление РЬ и Сс1 в растительную продукция Показано, что существенного снижения поступления тяжелых металлов продукцию можно достичь лишь при высоких нормах внесения известковы материалов. Положительно влияет также внесение навоза в агрономичесг обоснованных нормах. Показаны уровни содержания свинца и кадмия в по1 ве. при которых происходит накопление элементов в растениях в количеств! превышающем предельно допустимое значение. В полевых и вегетационны опытах показана возможность использования этилсиликаната натрия в кач< стве инактиватора тяжелых металлов в почве.

Апробация работы. Основные результаты исследований доложены у научно-практической конференции преподавательского состава Нижегоро; ской государственной сельскохозяйственной академии (Н.Новгород. 1996 научно-практической конференции «Проблемы экологии Ульяновской обла< ти» (Ульяновск. 1997г.). научной конференции, посвященной 90-летию со Д) рождения В.П.Нарциссова (Н.Новгород. 1997).

Публикации. Результаты, полученные в ходе исследований по теме ди< ссртации. опубликованы в трех печатных работах

Объем работы. Диссертация изложена на 159 страницах, состоит I введения, обзора литературы, трех глав, выводов, содержит 51 таблицу. 1 рисунков. Список использованной литературы насчитывает 141 источник. V них 51 на иностранных языках. В приложении содержится 7 таблиц.

Условия и методика проведения исследований

Исследования проводились в полевых мелкоделяночных. вегетационных лабораторных опытах.

Полевые опыты. Для сравнительного изучения известкования, несения органических удобрений, цеолита и сорбента в 1994 году- на опытом поле учхоза "Новинки" НГСХА в условиях светло-серых лесных средне-углинистых почв были заложены полевые мелкоделяночные опыты. Агрохи-[ическая характеристика опытных участков приведена в таблице 1.

Схема первого опыта включала следующие фоны: 1) ЫРК. 2)ЫРК+ зв.1.5Нг. 3)КРК+изв.ЗНг: 4)навоз. 5)МРК+цеолит. 6)навоз+цеолит. Опыт роводился в трех повторностях. Учетная площадь делянки - 2 м: Дозы ми-еральных удобрений - из расчета по 200 кг д. в. каждого элемента: органиче-ких - 40т/га подстилочного навоза+минеральные удобрения для уравновеши-ания с количеством элементов питания, поступающим на фоны с внесением инеральных удобрений: известковых - 5 и 10 т/га ( 1.5 и 3 нормы, рассчи-анных по гидролитической кислотности); цеолита - 1 От/га. На данные фоны носились водорастворимые соли свинца и кадмия с целью создания трех ровней загрязнения с общим содержанием РЬ и СА приведенным в таблице . В качестве тест-ку льтуры в первый год опыта использовался картофель. На горой год исследований изучалось последействие внесения тяжелых метал-эв и агрохимических приемов. Минеральные и органические удобрения вно-оись в тех же дозах, что и годом ранее; в качестве опытной культуры ис-ользовали овес.

В 1995 году был заложен опыт 2 со следующими фонами: 1)№К. ЖРК+изв,1.5Нг, 3)КРК+изв.ЗНг. 4)навоз. 5)навоз+изв.1?5Нг. 6)ЫРК+ сор-:нт (из расчета 2т/га). Вносились удобрения: минеральные - по 200 кг д.в. икдого элемента, органические - 40 т/га подстилочного навоза. Дозы из-:стковых материалов и тяжелых металлов брались те же. Тест-культурой 5лялся овес.

В опыте в качестве сорбента изучался этилсиликанат натрия, предложений лабораторией прикладной экологии ИХФ РАН. Это кремнийорганиче-оое соединение является отходом силикатного производства и представляет »бой порошкообразную массу светло-желтого цвета, растворимую в воде, анное соединение, всту пая в реакцию с ионами тяжелых металлов, образует ¡растворимое вещество полимерного типа.

В растительных и почвенных образцах определили содержание тяжелых гт&хтов. При определении свинца и кадмия в почве использовались 1н

03 и ААБ рН 4.5. Определялись агрохимические показатели почвы, а так-

Таблица 1

Агрохимическая характеристика почвы полевого опыта

Почва Гумус рНкст Нг Б Т V Р;05 к:о

% мг.экв/ЮОг почвы % 0.2н НС1, мг/кг

Опыт 1 2,11 5.1 2.70 21.55 24.35 88.5 150 109

Опыт 2 2.44 5.0 2.54 22.01 24,55 89.6 144 121

Таблица 2

Содержание РЬ и Сс1 в почве полевого опыта, мг/кг

Уровни загрязнения РЬ Сё

Контроль 25.8 0.97

1 116.4 4.59

2 207.0 8.22

3 478.7 11.84

же качественного состава растений: содержание основных макроэлементов крахмала, а в картофеле, помимо этого, содержание нитратов и витамина общепринятыми методами (Практикум. .. 1989).

Вегетационные опыты. В ходе исследований была заложе; серия вегетационных опытов.

В опыте 1 изучалось действие сорбента на подвижность РЬ и Сс1 в почве поступление его в овес при внесении возрастающих доз металлов: РЬ - 25. 5 100. 250, 500 и 1000 мг/кг: С<1 - 1.5 . 3 и 6 мг/кг почвы естественной влажн сги (20%). Доза сорбента - 3.4 г/сосуд. В последующих опытах доза сорбен была той же. Опыт проводился сосудах Митчерлиха емкостью 5кг.

Опыт 2 проводили в 1995-1996г.г. также с овсом, на фоны контрольный с сорбентом вносили дозы: РЬ - 25. 50. 100 и 250; С<1 - 1. 3. 5. 10 мг/кг поч! при естественной влажности.

В опытах 3 и 4 производилось сравнение сорбента с внесением извести дозе 25 г/сосуд (3 нормы, рассчитанные по гидролитической кислотности). I фоны вносили те же дозы тяжелых металлов, что и в предыдущем опьп Тест-культурой в опыте 3 являлся овес, в опыте 4 - редис, после уборки кот рого высевался салат.

Отобранные образцы почвы и растений анализировали на содержание РЬ и методом атомно-абсорбционной спектроскопии. При анализе почвы ис--хьзовались вытяжки 1н ННОэ и ААБ с рН 4,5 . В вегетационном опыте 1 и анализе почвы использовались вытяжки 1и НС1 и 1% ЭДТА в ААБ рН

Результаты исследований

Глава 1. Сравнительное воздействие известкования, внесения цеолита и органических удобрений на подвижность РЬ и Сс1 в почве и аккуму ляцию их в растениях. Полевые мелкоделяючные опыты показали, что внесение изучаемых доз и Сс1 в почву не оказывает заметного влияния на урожай культур (табл.3.4).

Таблица 3

Урожай картофеля . ц/га (1994г.. полевой опыт 1)

Уровень загрязнения

Фон контроль 1 2 3

клуб- ботва клуб- ботва клуб- ботва клуб- ботва

ни ни ни Ш1

К. 208 38,0 222 44,4 205 36,9 212 36,0

К+изв.1,5Нг 196 35,1 210 35,7 216 41,0 206 37,1

ЕС+изв. 3 Нг 210 36.0 202 38,4 212 38.1 200 34,1

!03 198 37,4 208 39,5 204 36,7 212 35,9

!С+цеолит 212 40,6 203 36,6 209 39,7 197 35,5

юз+цеолит 206 34,6 214 42,8 216 38,9 208 35,4

Роч (клубни) 26,0

Анализы параметров качественного состава растительной продукции: ержание основных макроэлементов, крахмала, витамина "С" и нитратов следние два только для картофеля) также не позволили отметить сущест-ного влияния металлов на данные показатели.

Данные по содержанию РЬ и С<3 в почве и аккумуляции их в растениях азали следующее.

Таблица 4

Урожай овса, ц/га (1995г., полевой опыт 1.2)

Уровень загрязнения

Варианты контроль 1 2 3

зерно соло- зерно соло- зерно соло- зерно соло-

ма ма ма ма

Опыт 1, последействие

ОТК 10,3 13,9 10,3 17,4 10,9 15,0 12,1 16,8

ЫРК+изв.1,511г 10,8 14,1 10,8 16,4 12,0 16,2 11,5 16,1

ЫРК+изв. 3 Нг 10,7 14,8 10,7 14,7 10,7 15,1 11,3 14,7

Навоз 10,2 14,9 10,2 15,7 11,3 15,8 12,0 16,1

ЫРК+цеолит 12,0 15,7 12,0 16,3 11,5 15,8 11,5 15,2

Навоз+цеолит 11,6 15,2 11,6 16,7 11,5 15,2 11,0 14,3

НСР05 зерно - 2,4, солома 3,9

Опыт 2, прямое действие

№К 12,8 18,0 13,5 18,9 13,1 18,9 13,0 18,2

ЫРК+изв.1,5Нг 12,7 18,2 14,0 19,3 13,5 18,5 13,4 18,4

№>К+изв. 3 Нг 13,3 18,5 12,8 17.7 13,3 16,8 12,4 16.9

Навоз 14,4 20,9 13,4 18,0 13,3 17,4 14,4 18,7

Навоз+изв.1,5Нг 14,3 19,2 13,4 18,8 13,1 17,0 14,4 18,7

ЫРК+сорбент 12,8 16,7 - ' - - - 13,8 18,4

НСРо5 зерно - 2,0: солома - 4.4

Таблица 5

Влияние агрохимических приемов на содержание подвижных РЬ и С(1 в почве при различных уровнях загрязнения (1994г.. полевой опыт 1)

Фон Содержание РЬ, мг/кг Содержание Сё. мг/кг

Уровни загрязнения Уровни загрязнения

0 1 2 3 0 1 2 3

№К 4.1 94.2 184.0 425.9 0,33 4.12 5.69 7.98

ИРК+изв.иНг 2.9 42.8 151.9 324.1 0.12 4.29 4,59 7,69

ИРК+изв. 3 Нг 3.1 29.1 110,1 211.4 0.20 2.61 2.98 6.69

Навоз 2.9 68.7' 96.0 230.9 0.18 2.66 3.25 9.70

КРК+цсолит 5.2 44.9 100,8 306.4 0.32 3,42 4.46 7.85

Навоз+цеолит 5.6 54.9 103.81 304.3 0.40 3.19 4.05 | 8,62

НСР05 24,2 0.85

Гвинеи. В ходе полевых опытов наибольшая концентрация потенциально-[оступной формы этого элемента в почве (вытяжка 1н НИОз) отмечалась на [юне '"МРК".В первый год в опыте 1 (табл.5) наибольшее снижение содержали свинца произошло на фоне "ИРК+ изв.ЗНг" (Ют/га извести) - на 40-69%. >лизкий результат был показан при внесении навоза Влияние цеолита было >олее заметным лишь при первом и втором уровнях загрязнения.

В последействии опыта 1 эффективность агрохимических приемов снизи-[ась (табл.6).

Таблица 6

Влияние агрохимических приемов на содержание РЬ в почве

при различных уровнях загрязнения, мг/кг (1995г.. полевой опыт)

Уровни загрязнения

Фон Контроль 1 2 3

ААБ НЫ032) ААБ НЫОз ААБ НЫОз ААБ НЫОз

Опыт 1 (последействие)

РК 1,1 13,0 32,8 90,5 77,5 183,1 136,9 382,5

РК+изв. 1,5Нг 0.8 15.6 31,5 79.4 59,3 149,4 133.4 386,8

РК+изв. 3 Нг 0,6 10,1 19,0 76,4 46,9 130,9 132,0 376,4

авоз 0,6 11,0 23,3 70,8 69,5 177.8 149,4 375.3

РК+цеолит 0,8 8,2 35,4 90,7 75,1 197.7 152,2 384.2

авоз+цеолит 0,8 12,5 28,2 76,8 55,2 151,6 150.9 386.4

НСР05 по ААБ - 22,6 по НЫОз - 30,0

Опыт 2 (прямое действие)

РК 0,9 8.7 38,7 98,6 97,3 183,1 238,0 456,4

РК+изв. 1,5Нг 0,3 6,4 35,2 96,7 87,3 181,2 240,9 442.8

РК+изв. 3 Нг 0,5 6.1 34,7 81,9 82,3 175,7 161,3 366.2

ЗВОЗ 1,1 8.6 29,1 71.5 66,5 150,3 204,6 375.5

ав.+изв.1.5Нг 0,9 6,6 30,4 74,0 61,5 150,3 196.4 337,6

РК+сорбент 0,8 7.9 - - - - 205,0 360,9

НСР05 по ААБ-25,5 по НЫОз- 40,1

'ААБ-аммонийно-ацетатный буфер рН 4.5; 2|НЖ)з - 1н раствор ГШ03

Если при первых двух уровнях загрязнения все еще отмечено снижение одержания свинца (при внесении извести и навоза с цеолитом на 22-34%). то [ри третьем уровне результаты выравниваются.

В опыте 2 произошло снижение подвижности свинца, приблизительно явное при использовании всех агрохимических приемов, за исключением юна "ЫРК+изв. 1.5" (5 т/га извести), где эффект отсутствует (табл.6).

Наиболее заметное действие прослеживалось на фоне "навоз+изв.1.5Нг", де снижение содержания подвижного свинца в почве составило 34-35%.

При изучении соотношения потенциально-доступной (1н НЫОз) и обм ной (ААБ с рН 4,5) форм элемента как закономерность можно отметить р кое увеличение доли обменного свинца в 4-7 раз при внесении первой дс элемента. При возрастании вносимых доз этот показатель практически менялся (за исключением опыта 2, где дальнейшее возрастание доли обм< ной формы элемента составило около 20%). Агрохимические приемы не о зали заметного влияния на распределение элемента между различными ф< мами.

Данные анализов растительных образцов свидетельствуют о наибольц аккумуляции свинца, как основной, так и побочной продукции исследуем культур на фоне "ИРК". В опыте с картофелем (табл.7) внесение навоза наибольшей степени (на 65-80%) снижаю посту пление свинца в растен близкую эффективность имело известкование, причем действие первой т/га) и второй (10 т/га) нормы отличались незначительно. Использовав цеолита позволило снизить аккумуляцию элемента в клубнях на 33-44%.

Таблица 7

Влияние агрохимических приемов на содержание РЬ и Сс1 в картофеле

при различных уровнях загрязнения (1994г.. полевой опыт 1)

Фон РЬ. мг/кг ест.вл. С& мг/кг ест.вл.

Уровни загрязнения Уровни загрязнения

0 1 2 3 0 1 2 3

МРК 0,028 0,086 0.152 0.444 0.022 0,071 0.075 0,092

ИРК+изв. 1.5Нг 0.026 0.044 0.070 0.142 0,014 0,022 0.056 0.086

ИРК+изв. 3 Нг 0.022 0,037 0.085 0.142 0,010 0,012 0,042 0.050

Навоз 0.036 0.030 0.060 0.121 0,012 0,026 0.030 0.047

КРК+цсолит 0.022 0,058 0.083 0.250 0,013 0,017 0.026 0.072

Навоз+цеолит 0,024 0.067 0.082 0.203 0,010 0,014 0.019 0.055

НСР05 (клубни) 0.277 0.034

В последействии опыта 1 (тест-культура - овес) все изучаемые приел: показали практически одинаковую эффективность, за исключением фона первой нормой извести (табл.8). Следует отметить, что при третьем уров загрязнения ни один прием не позволил получить гигиенически безопасну продукцию (ПДК 0.5 мг/кг). а при втором необходимого снижения аккумул ции свинца удалось достичь только при второй норме извести.

Таблица 8

Влияние агрохимических приемов на содержание № и Сё в зерне овса при различных уровнях загрязнения (1995г.. полевой опыт)

РЬ. мг/кг Сё, мг/кг

Фон Уровень загрязнения Уровень загрязнения

0 1 2 3 0 1 2 3

Опыт 1 (последействие)

ИРК 0.42 0.49 0.82 1.16 0,24 1,42 1.73 2.72

№К+изв.1.5Нг 0.39 0.36 0.57 0.83 0.22 0.82 1.56 2.35

ЫРК+изв. 3 Нг 0,21 0.39 0,46 0.67 0,27 0,81 1.06 2.11

Навоз 0.36 0.42 0.52 0.72 0.18 1,06 1.13 2.38

ЫРК+цеолит 0.34 0.45 0.55 0.72 0.28 1.30 1.82 2.49

Навоз+цеолит 0.30 0.38 0,54 0.63 0.15 0.49 1.30 2.48

НСР05 0.08 0.13

Опыт 2 (прямое действие)

№К 0.32 0.49 0.75 1.02 0.10 1,55 1.65 1.91

ЫРК+изв.1.5Нг 0,32 0,32 0.38 0.61 0,12 1,24 1.61 1.87

ЫРК+изв. 3 Нг 0,31 0,21 0.22 0.43 0.13 0.81 1.61 1.67

Навоз 0.34 0.31 0.41 0.62 0,19 0,85 1.32 1.31

Нав.+изв.1.5Нг 0,27 0.36 0.36 0.59 0.17 0,68 1.24 1.42

ЫРК+сорбент 0.30 - ■ - 0.48 0.16 - - 0.80

НСР05 0.09 0.22

В опыте 2 следует отметить значительное снижение аккумуляции свинца при внесении второй нормы извести и сорбента, позволивших более, чем в два раза снизить поступление элемента в зерно и получить продукцию, соответствующую санитарно-гигиеническим требованиям. Остальные приемы позволили снизить поступление свинца в зерно приблизительно на 40%.

При сопоставлении результатов анализов почвы и растений методом корреляционного анализа можно отметить достаточно высокий уровень сопряженности между данными величинами. Однако если зависимость между признаками в первый год варьировала от средней до высокой - г=0.59-0,87 (брались выборки по отдельным уровням загрязнения), то на второй год. когда тест-культурой являлся овес, зависимость находится на среднем уровне -г=0.47-0.69. причем в опыте с последействием корреляционная зависимость между содержанием свинца, извлекаемым использованными вытяжками и его аккумуляцией в растениях, отсутствует.

Кадмий. Во всех полевых опытах в большинстве вариантов с внесени только минерального удобрения и навоза отмечено наибольшее содержа! подвижной формы элемента в почве (табл.5.9). При использовании остальк приемов снижение подвижности элемента было незначительным.

Данные по содержанию потенциально-доступной и обменной формы к мия, как и в случае свинца, указывают на увеличение в 1,3-2,2 раза доли С лее подвижной формы по сравнению с менее подвижной при внесении кадм в почву, вне зависимости от применявшихся агрохимических приемов.

Таблица 9

Влияние агрохимических приемов на содержание Сс1 в почве

при различных уровнях загрязнения, мг/кг (1995г., полевой опыт)

Уровни загрязнения

Фон Контроль 1 2 3

ААБ ГОЮ, ААБ НЫ03 ААБ НЫОз ААБ НЫОз

Опыт 1 (последействие)

0.08 0.27 1,74 2.93 3,06 5.30 8.54 10,28

МРК+изв.1,5Нг о.п 0.28 1.77 3.05 3,05 5,23 5.39 7.54

ЫРК+изв. 3 Нг 0,10 0.22 1.24 2.16 3,13 5,21 4.18 6,57

Навоз 0,10 0.27 1.59 2.46 3.33 5.35 8.01 10,52

ИРК+цеолит 0,13 0.28 1,62 2.68 3,44 5.44 6.34 8.13

Навоз+цеолит 0,14 0.24 1,65 2.35 3.15 5.20 5.47 7.67

НСР,„ по ААБ - 0.73 по НЫОз - 1.00

Опыт 2 (прямое действие)

№К 0.04 0.17 2.45 4.09 3,42 5,23 5.84 8,38

ЫРК+изв.1.5Нг 0.03 0.16 2,15 3,40 3,79 5,40 6.04 8.96

ЫРК+изв. 3 Нг 0.05 0.15 2,05 3,33 3.76 5,60 5.43 8.30

Навоз 0,07 0.26 2,75 4.26 3,93 6,44 8.05 11,00

Нав.+изв.1.5Нг 0,01 0,16 2,58 3.97 3.39 5.30 6.55 8.88

№К+сорбснт 0,04 0,18 - - - - 4.13 6,05

НСР05 по ААБ -0.74 по НШ3 - 0.76

Анализы растительных образцов показали, что наибольший уровень амо, муляции кадмия происходил на фоне "ЫРК". В опыте с картофелем (табл."/ первая доза металла обусловила увеличение его содержания в клубнях в 3, раза. При этом предельно допустимый уровень (0,03 мг/кг) был превыше более, чем в два раза. Следующие дозы вызвати менее резкий рост аккумуля-

ции элемента в клу бнях, но все же при третьем уровне загрязнения содержание кадмия превысило фоновый уровень в 4.2 раза.

Изучаемые фоны оказали определенное влияние на посту пление кадмия в растительную продукцию. Как и в отношении свинца, наибольшему снижению аккумуляции кадмия в картофеле - в 1.8-2.5 раза - способствовало внесение навоза и второй нормы извести.

В последействии опыта 1 (табл.8) эффективность агрохимических приемов была ниже. Для овса характерно высокое накопление кадмия в зерне. Превышение предельно допу стимого уровня (0.3 мг/кг) наблюдается уже при первой дозе элемента на всех фонах. Наиболее эффективный прием - внесение второй нормы извести - позволил снизить накопление кадмия в клубнях на 42. 39 и 22% (на первом, втором и третьем уровне загрязнения соответственно). Отмечено снижение эффективности изучаемых приемов при возрастании содержания кадмия в почве.

Аналогичная тенденция характерна и для опыта 2. Здесь наибольшее ограничение поступления кадмия в зерно происходило при внесении сорбента. При максимальном уровне загрязнения оно снизилось в 2.4 раза по сравнению с фоном "NPK'\

В литературе отмечается закономерность, согласно которой максимальное накопление тяжелых металлов происходит в корнях, далее идут стебли и ли-ттья Минимум аккумуляции металлов отмечается в генеративных и запа-:ающи\ органах, поскольку защитные системы растений функционируют таким образом, чтобы перевести токсичные элементы в неподвижное состоите на дальних подступах к последним . Поэтому возможно, что отношение сонцентрации металлов в соломе и ботве к их содержанию в зерне и клу бнях южет характеризовать эффективность работы данных систем.

Отсюда можно прийти к следующему предположению. Агрохимические фиемы используются для оптимизации условий произрастания культур. Воз-южно. что при этом происходит возрастание защитной способности расти-ельных организмов и при увеличении степени техногенного загрязнения олее интенсивное осаждение металлов в корневых системах и вегетативных рганах.

На приведенных рисунках можно отметить ряд закономерностей. В клу б-ях картофеле (рис. 1) при возрастании загрязнения почвы свинцом на фоне

16П

Рис. 1 Влияние агрохимических приемов и уровней загрязнения на соотношение содержания РЬ в ботве и клубнях картофеля (1994г., полевой опыт 1)

0 12 3

Уровни загрязнения

О^К | ВМРК+изв

□ навоз

□ МРК-щео.

Рис.2 Влияние агрохимических приемов и уровней загрязнения на соотношение содержания РЬ в соломе и зерне овса (1995г., полевой опыт 1)

0 12 3

Уровни загрязнения

'□ЫРК ,амрк+изв. (П навоз 'щнав.+изв.

Рис.3 Влияние агрохимических приемов и уровней загрязнения на соотношение содержания РЬ в соломе и зерне овса (1995г.. полевой опыт 2)

0 12 3

Уровни загрязнения

□ ЫРК НЫРК+изв.

□ навоз

□ ЫРК+цео.

^ис.-* Влияние агрохимических приемов и уровней загрязнения на соотношение содержания Сс1 в ботве и клубнях картофеля (1994г.. полевой опыт 1)

"МРК" происхолит снижение данного показателя, которое у дается поддержат на более высоком уровне при известковании и внесении навоза.

В зерне овса (рис.2 и 3) при увеличении уровня загрязнения, напроти данное соотношение расширяется. Однако как и в опыте с картофелем. отм( чается заметное влияние агрохимических приемов на распределение элемент между органами растения.

В отношении кадмия закономерность несколько сложнее. В картофе;: после увеличения данного показателя, свидетельствующего о более высоко его аккумуляции в ботве, следует более или менее резкое его падение, чл возможно, говорит о снижении сопротивляемости растения поступлению да! ного элемента в запасающие ткани на фоне его высокой концентрации в по1 ве. Как и в случае свинца, наименьшее значение соотношения отмечено и фоне "ЫРК'\ В опыте с овсом данная тенденция выражена слабее. Таки образом, можно сделать вывод о взаимосвязи между почвенными условиям] на которые в большей или меньшей степени оказывают благоприятное в.та ние внесение навоза, извести и сорбента, и распределением токсичных эл< ментов между органами растений.

Глава 2. Использование сорбента в качестве инактиватора РЬ и Сс1

В главе рассматриваются результаты, полученные при изучении действи сорбента на подвижность свинца и кадмия в почве и посту пление их в раст< ния, а также его сравнения с известкованием в вегетационных, лабораторны и полевом опытах.

В вегетационных опытах были получены следующие резу льтаты. Свинец. Внесение возрастающих доз свинца вело к практически линейном увеличению содержания элемента в почве, извлекаемого вытяжками 1н НС1 1% ЭДТА в ААБ с рН 4.5 (табл. 10).

При использовании сорбента его влияние на подвижность свинца в поч! не заметно вплоть до дозы 100 мг/кг. далее она существенно падает, особе ни при максимальной дозе загрязнителя. 1% ЭДТА. как сильный комплексов разователь. наиболее эффективно извлекает свинец из его соединений с орп ническим веществом (Соловьев Г. А., 1989). То, что при его использовании и фоне с сорбентом содержание элемента было ниже, чем при использовании 1

Таблица 10

Содержание Pb в почве, мг/кг (1993г.. вегетационный опыт 1)

t Уровни I загрязнения Валовое содержание 1н HCl 1%ЭДТА в ААБ рН4.5

без сорб. с сорб. без сорб. с сорб.

Контроль 27.1 5.0 8.4 3.3 5.3

1 58.4 20.9 19,3 19.5 19.0

2 89.6 45.4 46,4 46.1 47.3

3 152.1 128.0 120.4 129.0 112.8

4 339.6 308.0 190.4 309.0 172.8

5 652.1 586.0 415.5 570.0 294.5

6 1287.1 860.0 578.0 842,5 399.9

НСР05 75,8 67.1

HCl. говорит о том, что он был поглощен минеральной фазой, а именно сорбентом.

Анализ растений (табл. 11) показал, что использование сорбента позволяет су щественно сократить аккумуляцию свинца в соломе - на фоне с максимальным загрязнением в 8 раз.

Таблица 11

Влияние сорбента на посту пление РЬ в овес (1993г.. вегетационный опыт 1)

Уровни загрязнения Содержание РЬ. мг/кг

зерно солома

без сорбента с сорбентом без сорбента с сорбентом

Контроль 0.24 0.08 0.80 0.50

1 0.24 0.09 1.12 0.49

2 0.16 0.12 2.56 0.87

3 0.16 0.11 6.72 1.39

4 0.72 0.48 12.72 2.57

5 1.22 1.05 22.92 3.73

6 1.68 1.44 46.88 5.91

НСРи5 0.12 5.12

Содержание свинца на фоне без сорбента оставалось практически неизменным до дозы 250 мг/кг. где произошло резкое возрастание его концентрации до значения, превышающего предельно допустимое. Здесь сорбент позволил снизить аккумуляцию свинца на 1/3. При максимальном уровне загрязнения сорбент позволил снизить накопление элемента на 14%.

В опыте 2 были получены аналогичные результаты. Содержание свинца в почве на фоне с сорбентом снижалось незначительно. Тем не менее бьоо достигнуто более существенное снижение содержания свинца в зерне - при дозе 250 мг/кг более, чем в два раза. При изучении последействия сорбента его эффективность сохранилась при всех дозах свинца, за исключением максимальной

Кадмий. Использование сорбента не позволило снизить содержание подвижного кадмия в почве (табл. 12). В то же время его действие на посту пление элемента в растения весьма значительно (табл.13). Поступление кадмия в солому снизилось в 2.8-3,4 раза, в зерно - в 2,2-3,6 раза.

В опытах, проведенных с целью сравнения действия извести и сорбента на подвижность свинца и кадмия в почве и посту пление их в различные ку льту ры. были получены следующие результаты.

Таблица 12

Содержание Cd в почве, мг/кг (1993г.. вегетационный опыт 1)

Уровни загрязнения Валовое содержание 1н1 -1С1 1%ЭДТА в ААБ рН4,5

без сорб. с сорб. без сорб. с сорб.

Контроль 1 2 'У J 0.89 2.77 4.64 8.39 0.18 2.16 4,21 5.74 0.15 1.80 3.68 5.96 0.16 2.07 3.86 5.14 0,17 1,87 3,44 5,49

НСР„5 1,91 1.25

Таблица 13

Влияние сорбента на посту пление С<1 в овес (1993г.. вегетационный опыт 1)

Уровни Содержание РЬ. мг/кг

загрязнения зерно солома

без сорбента с сорбентом без сорбента с сорбентом

Контроль 0.07 0.04 0.10 0.12

1 0.84 0.36 1.93 0.68

2 1.83 0.51 3.68 1.08

3 2.32 1.06 5,87 1.83

НСР05 0.39 1.15

Внесение извести и сорбента оказало слабое влияние на подвижность :винца и кадмия в почве при изучаемых уровнях загрязнения и проявилось тишь при максимальных дозах вносимых элементов (табл. 14).

Таблица 14

Содержание РЬ и СсЗ в почве, мг/кг (1995г.. вегетационный опыт 3)

Уровень загрязнения РЬ С<1

вал 1нНШ вал 1нНШ

конт. изв. сорб. конт. изв. сорб.

Контроль 18.5 12.2 4.6 9.4 0,90 0.34 0.35 0.35

1 49.8 24.3 21.3 25.2 2,15 1.22 1.30 1.49

2 81.0 31.4 35.5 37.5 4.65 2.62 2.31 2.25

3 143,5 59.4 56.7 54.5 7.15 3.29 3.22 3,49

4 331.0 158.7 121,8 146.5 13.40 7.10 4.50 1 5.89

НСР05 19.1 1.75

Резу льтаты анализов растительных образцов показали практически одина-совую эффективность известкования (тремя нормами, рассчитанными по ■идролитической кислотности) и внесения сорбента (табл.15). Содержание ;винца в зерне при внесении данных веществ снизилось при максимальном ровне загрязнения в 1.8 раз. В отношении кадмия при внесении наибольшей ¡го дозы известкование позволило в два раза сократить посту пление элемента 5 зерно, при внесении сорбента снижение составило около 30%.

В опыте с редисом и салатом были получены несколько иные результаты. ],о второго уровня загрязнения включительно действие извести и сорбента 5ыло практически одинаковым (за исключением данных по содержанию :винца в редисе, где влияние сорбента минимально). При возрастании кон-(ентрации свинца и кадмия в почве действие извести было более значитель-1ЫМ.

Выводы

1. Изучаемые агрохимические приемы: известкование, внесение навоза, (солита и сорбента (этилсиликаната натрия) позволяют снизить подвижность яжелых металлов в почве и ограничить их посту пление в растения

2. При загрязнении почвы свинцом и кадмием увеличивается доля обмен-гой формы элементов по отношению к потенциально-доступной: свинца - в 4-

Таблица 15

Влияние извести и сорбента на содержание РЪ и С<1 в растениях

при различных уровнях загрязнения (1995г.. вегетационный опыт 3.4)

Культура Уровень РЬ. мг/кг ест.вл. С(± мг/кг ест.вл.

загрязне-

ния конт. изв. сорб. конт. изв. сорб.

Овес. Контроль 0.31 0.34 0,15 0.24 0,22 0,22

зерно 1 0.31 0.40 0,45 0,57 0.30 0,38

2 0,90 0,63 0,61 2,03 1.01 1,03

3 1.80 0.95 0.80 2,94 1.39 2,03

4 1.94 1.08 1,02 4,41 2,21 зло

солома Контроль 1.65 1,20 1.21 0,44 0.50 0.32

1 2,05 1.95 2.28 1,97 0,70 1,44

2 4.48 3.78 3,68 3,61 2,16 2,35

3 7,73 4,48 3.99 9,05 2,50 4.47

4 9,21 5.00 4.76 15,15 4,36 6.59

НСР„5 зерно-0,24 солома-1.16 зерно-0,32 солома-2.75

пдк 0,5 0,3

Редис: Контроль 0,116 0.107 0,114 0.088 0.094 0,106

корнеплод 1 0,214 0,172 0,200 0.426 0,252 0,296

2 0.356 0,282 0,356 0.988 0.631 0,662

3 0.788 0,368 0,634 1.388 0.748 0.816

4 1.012 0.642 0.956 1.554 0.948 1,191

НСР05 0.113 0.280

пдк 0.5 0.03

Сатат: Контроль 0,125 0,087 . 0,119 0,027 0,020 0,022

листья 1 0.522 0.208 0,283 0.097 0.025 0,027

2 0.727 0.415 0,470 0,219 0.069 0,056

3 1.649 0.672 1,118 0.330 0.169 0.302

4 1.969 0.924 1.681 0.544 0.244 0,498

НСРи5 0.231 0.153

пдк 0.5 0.03

7 раз, кадмия - в 1.3-2,2 раза. Известь, навоз и цеолит не оказали влияние н перераспределение элементов между указанными формами. 3. Для снижения посту пления свинца в картофель наиболее эффективны; было внесение навоза (40 т/га) и извести (1,5 нормы, рассчитанных по гидре дитической кислотности). Действие повышенной нормы извести (3 нормь рассчитанных по гидролитической кислотности) не отличаюсь от действия

еньшей нормы. Наибольшее ограничение аккумуляции свинца в овсе отме-гно при внесении навоза и извести (ЗНг).

При загрязнении почвы кадмием лучший результат был получен при вне-;нии извести (3 Нг) и навоза под картофель и внесение навоза и его комби-ации с известью (1.5 Нг) под овес.

4. Использование этилсиликаната натрия способствовало существенному шженкю подвижности свинца и кадмия в почве и поступления их в растет. В полевом опыте с овсом при максимальном уровне загрязнения его гйствие в норме 2 т/га по отношению к свинцу было близко к действию из-гсти (3 Нг). а по отношению к кадмию - в 2 раза эффективнее.

5. В вегетационных опытах с зерновой (овес), листовой (салат) и корне-1 одной (редис) ку льтурами эффективность сорбента по снижению поспупле-ия свинца и кадмия в растения была близка к действию извести, но при внешни доз свинца, превышающих 100 мг/кг и кадмия выше 3 мг/кг действие 5вести более значительно.

6. Эффективность сорбента и других агрохимических приемов зависит от эироды элементов-загрязнителей и биологических особенностей кулыур.

7. Использованные экстрагенты (1н НЫОз и аммонийно-ацетатный буфер с Л 4.5) достаточно объективно отражают степень загрязнения почвы свинцом возможность поступления его в растительную продукцию. По отношению к 1дмию достаточная степень сопряжения между содержанием элемента в )чве и растениях отмечена только в опыте с картофелем.

8. На фоне с внесением только минеральных удобрений получена продукта с превышением ПДК свинца в овсе при общем содержании элемента в )чве 207 мг/кг. ПДК кадмия в овсе и картофеле - при его содержании в поч-; 4.59 мг/кг. При валовом содержании кадмия в почве, превышающем 8.22 г/кг в случае картофеля и при содержании 4.59 мг/кг и выше в случае овса 1учаемые агрохимические приемы хотя и позволили снизить поступление (емента в растения, но не позволили получить гигиенически безопасную эодукцию.

9. Агрохимические приемы оказывают положительное влияние на защит->1е функции растения, способствуя ограничению поступления токсичных ¡ементов в его товарную часть.

10. Свинец и кадмий в опытных дозах не оказали влияния на урожайность изучаемых культур и показатели качества: содержание основных макроэлементов. крахмала, нитратов, витамина "С".

Публикации

1. Дабахов М.В. Влияние навоза и известковых материалов на содержание свинца в почвах и растениях// Системы земледелия Нечерноземной зоны Российской Федерации и пути их совершенствования - Н.Новгород. 1997.-с.93-94

2. Дабахов М.В. Влияние агрохимических средств на поступление свинца и кадмия в растения на светло-серой лесной почве// Проблемы экологии Ульяновской области,- Ульяновск. 1997.-С.41-42

3. Дабахов М.В.. Соловьев Г. А.. Егоров B.C. Влияние агрохимических средств на подвижность свинца и кадмия в светло-серой лесной почве и поступление их в растения// Агрохимия. 1998. №8. с.54-59.

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Дабахов, Максим Владимирович, Москва

НИЖЕГОРОДСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. М.В.ЛОМОНОСОВА

факультет почвоведения

На правах рукописи

Дабахов Максим Владимирович

Агрохимические приемы снижения поступления тяжелых металлов в растения

Специальность 06.01.04 - агрохимия

Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Научные руководители: канд.биол.наук Соловьев Г.А. канд.биол.наук Егоров B.C..

Москва, 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................4

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................7

1.1. Источники поступления тяжелых металлов в

почву.................................................................................8

1.1.1. Транспорт...................................................................9

1.1.2. Промышленные выбросы........................................10

1.1.3. Органические отходы...............................................11

1.1.4. Средства защиты растений......................................IV

1.1.5. Минеральные и органические удобрения...............11

1.1.6. Химические мелиоранты.........................................13

1.2. Токсичность тяжелых металлов.....................................14

1.2.1. Влияние свинца и кадмия на свойства почвы.........14

1.2.2. Влияние свинца и кадмия на растения....................16

1.3. Сорбция тяжелых металлов почвой...............................23

1.3.1. Основные процессы сорбции свинца и кадмия твердой фазой............................................................23

1.3.2. Почвенные характеристики, определяющие сорбцию свинца и кадмия.........................................26

1.3.3. Устойчивость различных типов почв к

загрязнению...............................................................35

1.4. Методы снижения токсичности тяжелых металлов

в почве...............................................................................37

2. УСЛОВИЯ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.................................................................49

2.1. Методика проведения опытов.........................................49

2.1.1. Полевые опыты..........................................................49

2.1.2. Вегетационные опыты...............................................52 ^

2.2. Условия проведения исследований.................................55

2.2.1. Характеристика почвы...............................................55

2.2.2. Погодные условия......................................................56

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................57

ГЛАВА 1. Сравнительное воздействие известкования, внесения цеолита и органических удобрений на подвижность свинца и кадмия в светло-серой средне-суглинистой почве и аккумуляцию их в растениях................57

1.1. Влияние агрохимических приемов на некоторые свойства почвы...............................................................57

1.2. Влияние свинца, кадмия и агрохимических приемов

на урожайность культур................................................59

1.3. Свинец в почве..............................................................61

1.4. Свинец в растениях.......................................................67

1.5. Кадмий в почве.............................................................81

1.6. Кадмий в растениях.......................................................85

1.7. Влияние агрохимических приемов и уровней загрязнения на некоторые показатели химического состава растений.............................................................97

ГЛАВА 2. Использование сорбента в качестве

инактиватора свинца и кадмия........................101

2.1. Влияние свинца и кадмия на урожайность культур

в опытах с сорбентом....................................................102

2.2. Влияние сорбента на подвижность свинца в почве

и поступление его в растения.......................................105

2.3. Влияние сорбента на подвижность кадмия в почве

и поступление его в растения.......................................120

2.4. Влияние тяжелых металлов и химических мелиорантов на показатели химического состава растений.........................................................................133

ВЫВОДЫ....................................................................................138

ЛИТЕРАТУРА.............................................................................140

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................155

ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы.

Проблеме загрязнения почв тяжелыми металлами сейчас уделяется особое внимание. Это, главным образом, обусловлено тем, что за последние 20-30 лет активное вмешательство человека в природные циклы ряда элементов привело к дисбалансу между поступлением их на поверхность в зону повышенной биологической активности и оттоком в осадочные отложения.

Большая часть поллютантов аккумулируется в почвенном покрове и крайне медленно удаляется при выщелачивании, потреблении растительными и животными организмами, эрозии, дефляции. Поскольку почва является основным средством сельскохозяйственного производства, накопление в ней избыточных количеств тяжелых металлов представляет собой крайне нежелательное явление и требует мер как по предотвращению поступления данных элементов в почву, так и по снижению токсичности уже имеющихся концентраций поллютантов.

Почвенная экосистема обладает существенной буферностью по отношению к токсическим элементов. Эта способность переводить их в малоактивную форму тесно связана с такими ее характеристиками, как реакция среды, ЕКО, содержание органического вещества и другими. В сельском хозяйстве в настоящее время активно используется ряд приемов, влияющим на данные характеристике и повышающих устойчивость почв к загрязнению. К таковым относятся известкование, внесение органических удобрений, природных и искусственных сорбентов. Эффективность данных приемов научно обоснована и в ряде опытов экспериментально доказана.

Однако, данные, полученные в ряде исследований, неоднозначны. Это связано с химическими, физическими и физико-химическими свой-

ствами различных почв, особенностями растений, на них возделываемых и другими факторами, специфичными для каждого конкретного района. Это отражается на эффективности указанных приемов, которая может быть выше или ниже в зависимости от определенных условий. В связи с этим представляется необходимым проведение широких исследований по изучению сравнительной эффективности агрохимических приемов по снижению подвижности тяжелых металлов в почве и их поступления в растения. Цель работы

Дать сравнительную характеристику эффективности различных агрохимических приемов на поступление РЬ и Сё в растениеводческую продукцию на светло-серых лесных среднесуглинистых почвах. Задачи исследований

1. Дать сравнительную оценку эффективности внесения навоза, известкового материала, цеолита по снижению поступления в растения РЬ и Сс1 на примере различных культур.

2. Изучить возможность использования сорбента (этилсиликоната натрия) в качестве инактиватора тяжелых металлов в почвах.

3. Установить уровни содержания РЬ и Сё в почве, при которых происходит загрязнение растениеводческой продукции до значений, превышающих ПДК.

4. Исследовать зависимости между уровнем загрязнения почвы, использованием различных агрохимических приемов и параметрами качества продукции.

5. Изучить влияние агрохимических приемов на формы содержания РЬ и Сё в почвах.

Научная новизна состоит в том, что впервые на светло-серой лесной среднесуглинистой почве в полевых условиях проведено сравнительное

изучение действия некоторых агрохимических приемов на поступление РЬ и Сс1 в растительную продукцию. Показано, что существенного снижения поступления тяжелых металлов в продукцию можно достичь лишь при высоких нормах внесения известковых материалов. Положительно влияет также внесение навоза в агрономически обоснованных нормах. В то же время показана ограниченная эффективность данных приемов в условиях высокого уровня загрязнения свинцом и кадмием. В полевых и вегетационных опытах показана возможность использования этилсиликаната натрия в качестве инактиватора тяжелых металлов в почве.

Апробация работы

Результаты исследований докладывались на научно-практической конференции преподавательского состава Нижегородской государственной сельскохозяйственной академии (Н.Новгород, 1996); научно-практической конференции «Проблемы экологии Ульяновской области» (Ульяновск, 1997г.); научной конференции, посвященной 90-летию со дня рождения В.П.Нарциссова (Н.Новгород, 1997). Публикации

По теме диссертации опубликовано 3 работы.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Проблеме загрязнения природных сред тяжелыми металлами внимание уделяется сравнительно недавно, хотя известны труды, посвященные изучению свойств и биологической роли некоторых из них, датированные началом нашего столетия. Большинство элементов, отнесенных к данной группе поллютантов, принадлежит также к группе элементов, в микроколичествах совершенно необходимых растительным и животным организмам. Такие элементы, как Мп, Мо, Си, Ъг\ и другие содержатся в атмосфере, воде, почве, горных породах в малых количествах (за исключением районов геохимических аномалий) и не вызывают негативных реакций у организмов, обитающих в данных средах. Однако в течение последних 20-30 лет активное вмешательство человека в природные циклы элементов привело к тому, что их поступление на поверхность значительно превысило отток в осадочные отложения, что вызвало нарушение их циркуляции в биологическом и биологическом круговоротах и аккумуляцию в активных звеньях циклов (Ковда В.А.,1985).

Все это явилось причиной появления термина "тяжелые металлы", который охватывает микроэлементы (относящиеся к металлам), находящиеся в экзогенных, повышенных концентрациях (Химия тяжелых металлов..., 1985). К этой же группе относятся элементы, не выполняющие каких-либо биологических функций (или роль которых до конца не установлена), но в концентрациях, превышающих фоновые, являющиеся токсичными. К таким элементам относятся lig, Сс1, РЬ. Эти три элемента, по мнению большинства исследователей, являются наиболее опасными как из-за их токсичности, так и из-за высокой техно-фильности (Экогеохимия...,1995).

По данным НЛ.М Во\уеп (1979) можно оценить скорость поступления токсикантов в биосферу. Каждый год в результате разработки

месторождений на поверхность извлекается 7,7 тыс.т. кадмия и 3300 тыс.т. свинца, в то время как в донные отложения океана поступает 3,2 тыс.т. и 105 тыс.т. данных элементов соответственно.

Большая часть поступающих в биосферу поллютантов аккумули- 1 руется в почвенном покрове и очень медленно удаляется при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии, дефляции. Период полувыведения из почвенного профиля составляет довольно длительные промежутки времени: 13-110 лет для кадмия и 740-5900 лет для свинца (Почвенно-экологический...,1994). Поскольку почва - основное средство сельскохозяйственного производства, накопление в ней избыточных концентраций тяжелых металлов представляет собой нежелательное явление и требует мер как по предотвращению поступления данных элементов в почву, так и по снижению токсичности уже имеющихся концентраций поллютантов.

1.1. Источники поступления тяжелых металлов в почву.

Валовое содержание РЬ и Cd в естественных незагрязненных почвах обусловлено их концентрацией в исходной материнской породе и находится под влиянием процессов почвообразования и различных почвенных характеристик: содержания органического вещества, реакции среды, гранулометрического состава (Виноградов А.П., 1957 ; Ковда В.А., Якушевская И.В.,Тюрюканов А.Н.,1959). Фоновое содержание кадмия в верхнем слое почв составляет: в подзолистых и дерново-подзолистых - 0,70-2,31 мг/кг, серых лесных - 0,65 мг/кг, черноземов - 0,70-1,00 мг/кг (Золотарева Б.Н. и др., 1980). Валовое содержание свинца следующее: в дерново-подзолистых почвах - 9-26 мг/кг, серых лесных - 16-19 мг/кг, черноземах - 18-23 мг/кг (Чеботарева Н.А.,1970). Фоновый уровень данных элементов в настоящее время значительно изменен под влиянием антропогенного фактора. В настоящее время из

различных источников в почву ежегодно поступает 52-112 тыс.т кадмия и 19 тыс.т свинца (Nriagu J.O., Pacyna J.M.,1988).

К основным факторам антропогенного загрязнения относят: промышленные выбросы, транспорт, органические отходы, сельскохозяйственные химикаты, удобрения и химические мелиоранты (Tiller K.G., 1989).

Рассматривая указанные источники, можно разделить их на две группы. Первая объединяет источники, слабо поддающиеся учету и контролю - промышленность и транспорт. Главной проблемой здесь является затруднительность точного определения масштабов выбросов, а также характера их перераспределения, который обуславливается метеорологическими факторами и рельефом местности. Ко второй группе относятся источники, которые вполне возможно взять под контроль учитывая тот факт, что к ним относятся материалы, используемые в сельском хозяйстве в известных количествах и с известным (в большинстве случаев) содержанием токсичных элементов.

1.1.1. Транспорт.

Транспорт является одним из основных источников загрязнения почв городских и пригородных территорий (на 1 автомобиль приходится 1 кг/год свинца, или 1 тыс.т на крупный город) (Свинец в окружающей среде, 1987). Ширина придорожных аномалий свинца составляет около 50-100м, реже до 300м (Химия тяжелых металлов..., 1985; Tiller K.G. et al., 1987; Tiller K.G., 1989) Наибольшая концентрация элемента в почве прослеживается на расстоянии 1-2м, достигая 500-600 мг/кг (Lead in ..., 1976). Некоторые авторы отмечают наличие существенного загрязнения на расстоянии нескольких километров (Page A.L., Ganje T.J. 1977). Исследования Reiter E.R. et al.(1977) показали, что около 50% свинца транспортных выбросов находится в воздухе на расстоянии 20 км от дороги. По результатам исследований с изотопами

Gulson B.L. et al. (1981) показали, что свинец переносится на расстояние до 50 км от дороги.

Надо отметить, что в нашей стране используется бензин с меньшим количеством свинецсодержащих добавок. Плотность движения автотранспорта также значительно ниже, чем за рубежом. В связи с этим можно предположить, что уровень загрязнения почв вблизи автодорог не столь значителен, как в других странах (Свинец в окружающей среде, 1987). В ряде работ отмечается незначительное повышение содержания валового свинца вблизи автодорог, однако возможно увеличение содержания подвижных его форм примерно в два раза ( Бери-ня Д.Ж.и др., 1980; Обухов А.И., Поддубная Е.А.,1980; Обухов А.И., Лурье Е.М., 1983).

Что касается кадмия, то также имеются данные о значительном превышении его фонового содержания в почвах вблизи крупных автомагистралей (Бериня Д.Ж.и др., 1980).

1.1.2. Промышленные выбросы.

Почвы, окружающие промышленные предприятия различного профиля содержат токсичные элементы в количествах, превышающих предельно допустимые в десятки и сотни раз. Наиболее "грязными" в этом отношении являются предприятия горнодобывающей и обогатительной промышленности, цветной металлургии, химической и нефтехимической, машино- и станкостроительной, электронно- и электротехнической, теплоэнергетической промышленности (Цинк и кадмий..., 1992). Аномалии техногенного свинца и кадмия распространяются, как правило, на расстояние до 10км. Однако метеорологические условия и рельеф местности могут внести в это значение существенные поправки. Загрязнение почв свинцом достигает 15-30км в направлении господствующих ветров, реже - до 100км (Lead in ..., 1976). Необходимо отметить важность оценки содержания подвижных, усвояемых рас-

тениями форм свинца и кадмия. Данные показывают, что аномалии подвижных форм этих элементов значительно протяженнее и контрастнее, чем определяемые по валовому содержанию (Экогеохимия..., 1995).

1.1.3. Органические отходы.

Муниципальный мусор, компосты из него, осадки сточных вод содержат большое количество органического вещества и возможность использовать их в качестве органических удобрений весьма привлекательна. Однако, как правило, в них содержатся слишком высокие концентрации токсических элементов и при ненормированном использовании отходов возможно существенное загрязнение почвы и сельскохозяйственной продукции. Осадки сточных вод чрезвычайно разнообразны по набору содержащихся в них элементов. Концентрация свинца в них варьирует в пределах 20-2200 мг/кг, кадмия - 4-120 мг/кг ( Мине-ев В.Г.и др.,1993), что существенно превышает принятые в ряде стран нормативы.

1.1.4. Средства защиты растений.

Использование некоторых пестицидов также служит источником поступления токсических элементов в почвы. По сообщениям ряда авторов, применение арсенатов свинца может поднять содержание свинца в почвах до 500 мг/кг (Freedman В., Hutchinson, 1981; Merry R.H. et al.,1983).

1.1.5. Минеральные и органические удобрения.

В связи с возросшей популярностью идей о биологическом земледелии минеральным удобрениям уделяется особое внимание как возможному фактору загрязнения. Наиболее существенными как по набору, так и по концентрациям примесей тяжелых металлов являются

фосфорные удобрения, а также удобрения, получаемые с использованием экстракционной ортофосфорной кислоты (аммофосы, аммофоски, нитрофосы, нитрофоски, двойные суперфосфаты) (Постников А.В.и др., 1994). Природные фосфатные руды могут содержать значительные количества токсических элементов. В фосфатах, добываемых в Австралии, содержится 4-109 мг/кг кадмия, в североамериканских - 3-130 мг/кг, встречаются фосфориты с содержанием кадмия 980 мг/кг (Rothbaum H.P.et al., 1986). Кроме кадмия, фосфатные руды имеют в своем составе примеси свинца