Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологогеохимическое состояние агропедоценозов в условиях Лесостепи региона КМА

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологогеохимическое состояние агропедоценозов в условиях Лесостепи региона КМА"

На правах рукописи

ЛЕВШАКОВ Леонид Васильевич

ЭКОЛОГОГЕОХИМИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ АГРОПЕДОЦЕНОЗОВ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ РЕГИОНА КМА

'СС-

Специальность 11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата сельскохозяйственных наук

Курск-1998

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И. И. Иванова в 1992-1997 гг.

Научные руководители:

- заслуженный деятель науки РФ,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Муха В. Д.

- кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Супима А. Ф. Официальные оппоненты:

- доктор химических наук, профессор Жукова'Л. А

- доктор сельскохозяйственных наук, профессор Просянников Е. В.

Ведущая организация:

Курский научно-исследовательский институт агропромышленного производства

Защита диссертации состоится «23» декабря 1998 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д. 120.25.01 в Курской государственной сельскохозяйственной академии имени профессора И. И. Иванова, по адресу:

305021, г. Курск, ул. К. Маркса, 70.

С диссертационной работой можно ознакомиться в читальном зале академии.

Автореферат разослан« »_ г.

Учёный секретарь диссертационного совета, у?

кандидат сельскохозяйственных наук, доцешС2^->^в. А. Клеймёнова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Центрально-Черноземный регион имеет весьма неоднородный почвенный покров, характеризующийся значительной вариабельностью по содержанию в них тяжелых металлов. С учетом того, что тяжелые металлы как микроэлементы, являются одним из показателей экологического состояния почв, теоретический и практический интерес представляет не только изучение их содержания в основных типах почв Лесостепи, но и особенности распределения по профилю с учетом интенсивности антропогенного воздействия.

В бассейне Курской Магнитной Аномалии (КМА) интересным представляется оценка степени загрязнения потв тяжелыми металлами в сравнении с естественным их содержанием в почвах. Усиление такого воздействия на агропедоценозы (агропедоценоз - элемент территории, однородный в геоморфологическом и гидротермическом отношении, единый по характеру почвенного покрова «педо» и агроценоза «совокупность культурных растений за ротацию севооборота» В. Д. Муха, 1979), обуславливает необходимость разработки приемов и способов, направленных на улучшение их экологического состояния.

Цель и задачи исследований. Целью работы явилось изучение содержания и распределения тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах Лесостепи и разработка подходов к улучшению экологического состояния агропедоценозов в условиях техногенного воздействия.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

— Определить фоновое содержание тяжелых металлов в основных зональных типах почв Лесостепи.

— Изучить профильное распределение тяжелых металлов в агропедоце-нозах и выявить закономерности их изменения по профилю серых лесных почв и черноземов.

— Провести количественную оценку параметров, характеризующих влияние почвообразующей породы и процессов почвообразования на изменение содержания тяжелых металлов в пахотном слое почвы.

— Определить характер и степень техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА, расположенных в зоне Лесостепи; на агропедоценозы.

— Разработать некоторые приемы оптимизации химического состава растений в условиях техногенного воздействия.

Защищаемые положения. На защиту выносится концепция оценки и регулирования экологогеохимического состояния агропедоценозов в условиях Лесостепи, которая включает следующие положения:

- Содержание тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах Лесостепи следует определять при обязательном учете фоновых показателей.

- Локальнее загрязнение почв химическим элементом необходимо определять при использовании нормативных коэффициентов аккумуляции - рассеивания.

- На почвах в условиях техногенного воздействия целесообразно внесение калыдайсодержащих соединений и органических удобрений.

Научная новизна. Впервые, на примере серых лесных почв и черноземов Лесостепи получены фоновые значения содержания валовых форм тяжелых металлов.

Предложен и запатентован способ определения загрязнения почв химическим элементом, основанный на содержании их в почвообразую-щей породе с использованием нормативных коэффициентов аккумуляции-рассеивания.

Установлены нормативные коэффициенты аккумуляции-рассеивания тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах.

Испытаны и предложены некоторые приемы оптимизации химического состава растений в условиях техногенного воздействия.

Практическая значимость исследований. Предложенный способ определения локального загрязнения почв химическим элементом, а также полученные значения фоновых содержаний тяжелых металлов в черноземах и серых лесных почвах позволят экологическим службам более точно определять степень загрязнения почв в условиях техногенного воздействия (патент К 2084891 от 20 июля 1997 года).

Установлено, что применение кальцийсодержапщх соединений и органических удобрений в условиях техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА позволяет повысить урожай и оптимизировать химический состав сельскохозяйственных культур.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях Курской ГСХА в 1994-1997 гг., на международной конференции „ Экологические проблемы провинции" 1995 г.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 5 работ и 3 находятся в печати.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, практических рекомендаций и списка использованной литературы, включающего 201 источник, в т. ч. 35 иностранных. Изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц, 13 рисунков и 4 приложения.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ АГРОПЕДОЦЕНОЗОВ (краткий обзор литературы)

Исследования по изучению содержания и распределения тяжелых металлов в агропедоценозах осуществляются в течении значительного времени. Среди нпх выделяются работы Ю. В. Алексеева (1987), В. Б. Ильина (1985, 1991), А. Кабата-Пенднас, X. Пендиас (1989), Н. А. Протасовой и др. (1992 ). Ими установлены фоновые содержания тяжелых металлов в различных типах почв, показана связь между основными свойствами и распределением элементов в почвенном профиле, выявлены факторы, влияющие на подвижность и доступность тяжелых металлов для растении. При антропогенном воздействии возможна деградация почвенного плодородия и одним из негативных процессов при этом является загрязнение почв и произрастающих на них с.-х. растений тяжелыми металлами. Однако в имеющихся научных публикациях эти проблемы наиболее полно изучены в основном для Нечерноземной зоны, Сибири, меньше работ по почвам Лесостепи ЦЧО, среди них можно отметить работу Н. А. Протасовой, А. П. Щербакова, М. Г. Копаевой (1992), что и определило перспективность исследований в выбранном направлении.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДИКА II УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Объектами геохимического обследования почвенного покрова по определению фоновых содержаний валовых форм тяжелых металлов служили зональные типы почв Лесостепи - серые лесные почвы и черноземы. Исследования проводились на пахотных почвах Курской и Белгородской областей и включали отбор образцов почв из пахотного слоя и анализ их на содержание валовых форм тяжелых металлов: никеля,

цинка, железа, молибдена, хрома, свинца, марганца, кадмия, кобальта и меди. Анализ проводился методом атомно-абсорбцнонной спектрометрии в Бронницкой геохимической лаборатории ИМГРЭ (Москва). Всего было проанализировано более 200 образцов почв; светло-серых лесных серых лесных, темно-серьгх лесных, черноземов выщелоченных, черноземов типичных, черноземов обыкновенных. Полученные выборки обрабатывались статистическими методами анализа для определения фоновых содержаний тяжелых металлов в зависимости от подтипа почвы и его гранулометрического состава.

Для характеристики влияния почвообразующей породы и процессов почвообразования на варьирование содержания тяжелых металлов в почвенном профиле исследовано изменение содержания валовых форм тяжелых металлов по профилю 23 почвенных разрезов на исследуемых почвах.

Основным объектом исследования техногенного воздействия на аг-ропедоценозы служил район КМА - Михайловский и Лебединский горнообогатительные комбинаты (МГОК и ЛГОК). Для определения техногенного загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами осуществлялся отбор почвенных проб по различным румбам и на разных расстояниях от МГОКа (0,3; 0,5; 1; 3; 5; 10; 20; 30 км). По этим же направлениям и расстояниям проводился отбор растительных проб.

С целью разработки подходов к регулированию поступления тяжелых металлов в сельскохозяйственные культуры и оптимизации химического состава растений в 1993 - 1996 гг. были проведены полевые исследования на черноземе типичном тяжелосуглинистом (ЛГОК) и на серой лесной среднесуглинистой почве (МГОК). Анашгтическне исследования почвы и качества получаемой продукции проводились по общепринятым методикам (И. С. Кауричев, 1973; Л. Н. Александрова, О. А. Найденова, 1986; Б. А. Ягодин и др. 1987 ). Схемы опытов, дозы мелиорантов представлены в таблицах.

ГЛАВА 3. МЕТОД ОЦЕНКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

При оценке загрязнения почв тяжелыми металлами проводят определение содержания валовой формы металла в пахотном слое почвы исследуемого участка и сравнивают его с фоновым содержанием этого металла на незагрязненной почве. Однако существующие в настоящее

время данные по фоновому содержанию тяжелых металлов в исследуемых почвах Лесостепи отличаются значительным разнообразием, что требует их уточнения в каждом конкретном случае.

С целью оценки фонового содержания тяжелых металлов в основных типах почв Лесостепи, не подвергающихся значительным антропогенным воздействиям проведенная статистическая обработка позволила установить и дифференцировать их в зависимости от типа почвы и ее гранулометрического состава. (Табл. 1). Как следует из данных этой таблицы, при значительном общем варьировании содержания тяжелых металлов в .почвах, их фоновые значения по исследуемым типам почв изменялись незначительно. Вместе с тем, для большинства тяжелых металлов четко проявилась зависимость фоновых значений от гранулометрического состава почв.

1. Фоновые значения валовых форм тяжелых металлов в почвах Лесостепи

Тяжелые металлы Тип почвы

Чернозёмы Серые лесные средне-суглинистые

средне-суглинистые тяжелосуглинистые

Марганец 385-430 385-430 485-500

Кобальт 10-11 10-11 11-14

Никель 18-20 20-25 18-20

Медь 22-26 28-35 44-48

Цпнк 60-65 70-90 70-90

Свинец 24-25 25-33 24-25

Бор 26-34 26-34 34-37

Для таких металлов, как цинк, медь, свинец, никель, их фоновые содержания в черноземах тяжелосуглинистого гранулометрического состава, соответственно на 33,31,25 и 33% больше, чем в черноземах средне-суглинистых. В меньшей степени эти различия отмечались по кобальту, хрому и марганцу.

С целью определения количественных параметров, характеризующих влияние почвообразующей породы и процессов почвообразования на изменения содержания валовых форм тяжелых металлов в пахотном горизонте почвы изучалось профильное распределения валовых и подвижных форм тяжелых металлов на исследуемых подтипах черноземов (14 разрезов) и серых лесных почвах (9 разрезов).

Количественная оценка влияния почвообразующей породы и процессов почвообразования на содержание валовых форм тяжелых металлов проводилась с использованием корреляционного анализа, а также по соответствующим регрессионным уравнениям связи и коэффициентам аккумуляции - рассеяния.

Анализ полученных данных позволил заключить, что для многих тяжелых металлов Си, РЬ, Со) в пределах одного типа почвы существует тесная корреляционная связь между содержанием их в почвообразующей породе и пахотном слое почвы (коэффициенты парной корреляции 0.40-0.80).

По такому элементу, как Мп установлены также закономерные изменения их по почвенному профилю (рис. 1). Регрессионный анализ данных, характеризующих изменение валовых форм этих металлов с глу биной отбора образца, позволил установить количественные зависимости валовых форм металлов от содержания их в почвообразующей породе и глубины отбора образца. Соответствующие регрессионные уравнения имеют вид:

для черноземов - Мпг. =209-1.42 * Г+1.00 * Мп п.п. (1)

для серых лесных почв - Мпг.=209-1.32 * Г+0.32 * Мп п.п. (2) где Мпг. - содержание валовой формы Мп на глубине Г, мг/кг; Г - глубина отбора почвенного образца, см; Мп п. п. - содержание валовой формы Мп в почвообразующей породе, мг/кг.

2 и

<0 =

5

О ><

С

Чернозём типичный

Содержание, мг/кг

0 500 1000

5

25 45 85 145

ю >1 с

Серая лесная почва

Содержание, мг/кг 0 500 1000

5

35 75 105 155

Рис. 1. Профильное распределение валовых форм марганца

Таким образом, анализ данных показывает, что основной причиной значительных локальных изменений в содержании валовых форм тяжелых металлов, кроме антропогенного загрязнения, является изменение их содержания в почвообразующей породе. Именно от нее почва наследует свой минералогический состав, а, следовательно, и естественное содержание большинства тяжелых металлов. Поэтому в качестве количественного параметра для оценки действия этого фактора можно использовать содержание валовых форм металлов в почвообразующей породе.

Другим природным фактором, определяющим содержание тяжелых металлов в пахотном горизонте, но, имеющим меньшее значение и играющим подчиненную роль по отношению к почвообразующей породе, является сам процесс почвообразования, приводящий к перераспределению валовых форм металлов по почвенному профилю, их биогенной аккумуляции в гумусовых горизонтах или, наоборот, рассеиванию, за счет процессов в почвах, затрагивающих мелкодисперсную фракцию почв как наиболее обогащенную тяжелыми металлами. Результаты исследования показали, что в качестве количественной характеристики процесса почвообразования с точки зрения перераспределения тяжелых металлов по почвенному профилю можно использовать коэффициенты аккумуляции-рассеивания, полученные путем отношения содержания валовой формы тяжелого металла в пахотном слое почвы к его содержанию в почвообразующей породе. Количественную оценку этих коэффициентов можно проводить на основе статистической обработке данных, включающих значения валовых форм металлов в пахотном слое и в породе для почв одного типа и гранулометрического состава, находящихся на территориях, не подвергающихся сильным техногенным воздействиям.

В таблице 2 приведены полученные по результатам профильных исследований значения содержания тяжелых металлов в почве и в породе, а также рассчитанные на их основе коэффициенты аккумуляции-рассеивания, которые можно рассматривать как нормативные и использовать для прогноза естественного содержания валовых форм этих металлов в пахотном слое почвы конкретного участка по их содержанию в почвообразующей породе этого участка по формуле (4).

Коэффициенты аккумуляции-рассеивания для черноземов типичных имеют более высокие значения по сравнению с серыми лесными почвами, что связано с особенностями почвообразовательного процесса этих почв.

2. Содержания валовых форм тяжелых металлов в пахотном слое почвы (ПС), почвообразующей породе (ПП) и коэффициенты аккумуляции-рассеяния относительно породы (КАР=ПС/ПП)

Элементы Серые лесные почвы Черноземы типичные

ПС ПП КАР ПС ПП КАР

Цинк 48 51 1,0 54 45 1,2

Медь 15 17 1,0 20 15 1,3

Марганец 576 464 1,3 615 471 1,3

Свинец 20 20 1,0 20 17 1,2

Кобальт 7 8 0,8 9 9 1,0

Никель 15 22 0,7 28 25 1,1

Прогноз естественного содержания в пахотном слое (СПС) валовых форм тяжелых металлов в этом случае осуществляется по формуле: СПС=КАР * СПП, здесь; (4)

КАР - коэффициент аккумуляции-рассеивания для тяжелого металла;

СПП - содержание в почвообразующей породе валовых форм этого тяжелого металла, мг/кг.

Для большинства из исследуемых тяжелых металлов Си, РЬ, Со), ввиду отсутствия значительных колебаний их валовых форм по профилю и наличия корреляционных связей с содержанием этих форм в породе, возможен прогноз фоновых содержаний валовых форм металлов в пахотном слое почвы индивидуально для каждого контролируемого участка на основе нормативных значений коэффициентов аккумуляции-рассеивания и фактического содержания валовых форм в почвообразующей породе этого участка. Сравнением этого содержания с фактически определенным в пахотном слое оценивается степень загрязнения почвы участка тяжелым металлом.

ГЛАВА 4. ВОЗДЕЙСТВИЕ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ

ПРЕДПРИЯТИЙ КМА НА ЗАГРЯЗНЕНИЕ АГРОПЕДОЦЕНОЗОВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Основная доля загрязнителей горнодобывающих предприятий КМА поступает в воздушный бассейн из дымовых труб и вентиляционных каналов, путем развеивания отвалов вскрышных пород и хвостохранилгац, при открытых разработках руды и во время взрывов.

Большую опасность для прилегающих к предприятиям КМА агропе-доценозам с экологической точки зрения, в отношении загрязнения тяжелыми металлами представляет техногенная пыль. В таблице 3 представлен химический состав пыли, отобранной непосредственно около промп-лощадки МГОКа. Наибольшую долю в составе пыли занимает железо. По остальным тяжелым металлам также отмечается их повышенное содержание по сравнению с зональными серыми лесными почвами.

3. Содержание тяжелых металлов (МГОК), мг/кг

Элементы

Fe Си Мп РЬ Ni Сг Со Zn

Серая лесная почва 13300 13 580 10 12 17 5 32

Техногенная пыль 168500 70 750 60 60 110 20 350

Анализ агрохимических показателей плодородия почв в зоне воздействия МГОКа (0.3 км) и на расстоянии 20 км показывает, что наиболее заметные изменения отмечаются по почвенной кислотности (табл. 4).

4. Агрохимическая характеристика серых лесных почв

Местопо- Глубина, Гумус, н. S V, NH, PjOs кго

ложение см % рНка %

разреза мг-экв/100г. мг/кг почвы

0,3 КМ 0-10 2.95 6.1 2.10 19.2 90.1 90.3 194 111

от МГОКа 20-30 1.90 5.3 3.68 15.2 80.5 76.3 158 66

(пашня) 40-50 0.41 5.2 2.63 16.8 86.4 29.4 123 92

100-110 - 5.2 1.75 14.8 89.4 - 146 86

20 км 3-10 4.50 4.4 8.05 16.8 67.6 217.0 54 66

от МГОКа 20-30 3.70 5.1 6.92 17.2 71.6 104.3 54 40

(лесной 40-50 1.90 5.0 5.95 12.8 68.2 70.7 ИЗ 98

массив) 100-110 - 4.2 3.50 13.0 78.7 - 117 79

Серая лесная почва (20 км от МГОКа), не испытывающая воздействия техногенных выбросов имеет слабокислую реакцию почвенной среды, как в верхнем слое почве (0-10 см), так и в подпахотных горизонтах, то есть достаточно однородную по почвенному профилю, тогда как серая лесная почва в 0.3 км от МГОКа характеризуется нейтральной реакцией среды в слое 0-10 см и кислой реакцией в подпахотных горизонтах.

Под воздействием промышленных выбросов МГОКа происходит снижение кислотности почвенной среды, что позволяет говорить о некотором положительном воздействии их на почвенное плодородие серых лесных почв. Содержащиеся в выбросах МГОКа кальций и магний способствуют снижению подвижности и, следовательно, доступности для растений тяжелых металлов в прилегающих к комбинату агроландшаф-там, что также имеет положительное экологическое значение.

В техногенных выбросах МГОКа преобладает железо. Проведенные исследования показали, что существует четкая тенденция снижения содержания железа в верхних горизонтах почв при удалении от комбината.

Анализ изменения содержания валовых форм тяжелых металлов по профилю серых лесных почв позволяет заключить, что почвы, находящиеся под техногенным воздействием МГОКа содержат больше Сг, Бе и №, чем эти же почвы на расстоянии 20 км. В верхнем горизонте (030 см) исследуемых почв заметного накопления тяжелых металлов как правило не отмечается. Однако в нижележащих горизонтах наблюдается значительное увеличение содержания многих элементов (табл. 5).

5. Валовое содержание тяжелых металлов, мг/кг

Глубина, см Элементы

Сг Мп Ре Со № Си Ъп Сс1 РЬ

Серая лесная, - 0.3 км от МГОКа

0-30 52 720 19700 7 14 16 49 доЗ 24

30-48 55 750 20600 7 21 21 81 ДОЗ 22

48-58 85 500 25300 8 22 19 57 ДОЗ 20

59-91 72 403 25300 9 23 13 50 доЗ 19

91-125 62 433 24200 7 21 13 53 ДОЗ 19

125-150 71 460 21400 8 23 12 46 доЗ 11

Се1 эая лесная - 20 км от МГОКа

3-10 17 590 15200 5 8 . 12 38 доЗ 20

20-30 40 574 19900 8 20 18 37 доЗ 20

60-70 28 414 23600 5 14 10 42 доЗ 20

100-110 23 440 24700 8 31 7 47 доЗ 20

140-150 42 500 21000 5 20 13 42 доЗ 20

По отдельным металлам № Сг) содержания валовых форм приближались, а порой даже превосходили предельно допустимые концентрации (ПДК) для почв легкого гранулометрического состава.

Одним из последствий загрязнения воздушного бассейна и почв территорий, расположенных в районе крупных промышленных предприятий и около автострад, является накопление тяжелых металлов в растительном покрове агропедоценозов.

Сравнение химического состава ячменя (зерно и солома) на расстоянии 0,3 и 20 км от Михайловского ГОКа (рис. 2) показало, что содержание почти всех изучаемых элементов около комбината выше, чем на расстоянии 20 км. При этом содержание тяжелых металлов в соломе значительно больше, чем в зерне.

20

ж

\ 15

0 X

1 10

а а

3 5 о °

0

Зерно Салона

ЕЭА СБ Б

ВА ШБ

Зерно

0А ШБ

ВА ШБ

Рис 2. Содержание тяжелых металлов в ячмене, мг/кг: А - 0.3 км от ГОКа; Б - 20 км от ГОКа

Приведенные данные позволяют заключить, что полевые культуры в повышенных количествах накапливают тяжелые металлы вблизи горнодобывающих предприятий КМА. Концентрации многих из них уже в настоящее время приближаются к ПДК, а по отдельным элементам даже превосходят их.

Повышение концентрации химических элементов в сельскохозяйственных растениях в зоне влияния МГОКа указывает на целесообразность разработки приемов и способов, способствующих снижению поступления тяжелых металлов в растения и получению экологически чистой продукции растениеводства в условиях интенсивного техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА.

ГЛАВА 5. ПРИЁМЫ СНИЖЕНИЯ ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КМА НА ПРИЛЕГАЮЩИЕ АГРОПЕДОЦЕНОЗЫ

Как показано в главе 4, при техногенном воздействии предприятий КМА наблюдается устойчивая тенденция к накоплению тяжелых металлов в почвах и растениях. Поэтому одной из задач наших исследований был поиск приемов и методов снижения поступления тяжелых металлов в сельскохозяйственные растения, которые выращиваются на почвах, испытывающих значительные техногенные воздействия.

5.1. Оценка влияния мелиорантов на урожайность и качество ячменя в условиях техногенного воздействия. С экологической и агрономической точек зрения необходимы такие приемы возделывания сельскохозяйственных культур , которые способствовали бы снижению поступления тяжелых металлов в растения, уменьшали содержание их подвижных форм в корнеобитаемом слое почвы и повышали урожай сельскохозяйственных культур.

Как показано в работах Ю. В. Алексеева ( 1987 ), В. А. Касатикова и др. (1995), М. С. Соколова (1995) и многих других, реакция почвенной среды - важнейший фактор, определяющий токсичность тяжелых металлов и их вероятное накопление в растительной продукции.

При известковании большинство тяжелых металлов образуют труднорастворимые соединения в виде карбонатов (за исключением молибдена и хрома), уменьшается способность корневой системы к поглощению тяжелых металлов (М. М. Овчаренко и др., 1996).

Исследованиями В. Д. Мухи (1979, 1994, 1995) установлено, что использование кальцийсодержащих соединений (известь, гипс) в условиях Лесостепи оказывает многогранное действие на почву: кальций активизирует полезную почвенную микрофлору, способствует образованию и закреплению гумуса, улучшает агрофизические свойства почвы, благоприятно влияет на физиологическое равновесие почвенного раствора, блокирует поступление в растения ионов Н^ и других неблагоприятных катионов. Поэтому в числе приемов оптимизации химического состава с,-х. культур и повышения почвенного плодородия кальцийсодержащие соединения рассматриваются как основное средство улучшения экологического состояния агропедоценозов в зоне интенсивного техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА.

В настоящее время доказана высокая эффективность совместного использования кальцийсодержащих соединений и органических удобрений. Показано (В. Д. Муха, 1979, 1995), что совместное применение органических удобрений и кальцийсодержащих соединений позволяет активно влиять на интенсивность и направленность почвенных процессов, увеличивать скорость и емкость биологического круговорота.

Наряду с внесением кальцийсодержащих соединений и органических удобрений, важными агротехническими приемами, снижающими поступление тяжелых металлов в сельскохозяйственные растения является глинование и фосфоритование.

Исходя из всего вышеизложенного, в качестве средств, нейтрализующих действия тяжелых металлов, исследовались наиболее доступные и эффективные с экологической и экономической точек зрения: известь (СаСОз), гипс (Са504 * 2Н20), органические удобрения (навоз), суперфосфат (СаН2Р04)2, глина келловея.

Варианты опыта включали как раздельное внесение перечисленных мелиорантов, так и их совместное внесение в различных сочетаниях друг с другом. Как следует из данных таблицы 6, по всем вариантам опыта при внесении различных мелиорантов наблюдалось повышение урожая ячменя по сравнению с контролем. Наибольший урожай получен в 1993 году на черноземах типичных. В среднем за три года отмечается устойчивое повышение урожайности ячменя от применения мелиорантов от 6,1 до 37.0% по сравнению с контролем.

Минимальная прибавка (2 ц/га) была получена при внесении глины келловея (для условий МГОКа - бентонитовой глины). Стабильно высокие прибавки урожая ячменя получены при внесении кальцийсодержа-

пщх соединений (7.1 ц/га), навоза (12.4 ц/га) и суперфосфата (10.1 ц/га). При совместном внесении мелиорантов наиболее эффективными были варианты: кальцийсодержащие соединения и навоз (11.3 ц/га), навоз и суперфосфат (11.2 ц/га).

6. Влияние мелиорантов на урожайность зерна ячменя

Варианты Урожайность, ц/га по годам Прибавка

опыта 1993 1994 1996 Средняя ц/га %

Контроль 45.8 25.1 27.4 32.7 - -

СаСОл 3 т/га+Са504 3 т/га 56.1 28.0 35.3 39.8 7.1 21.7

Навоз 60 т/га 66.3 32.2 36.8 45.1 12.4 37.9

Глина келловея 60 т/га 49.1 25.8 29.3 34.7 2.0 6.1

Са(Н2Р04)2 240 кг/га 60.2 33.8 34.4 42.8 10.1 30.8

Навоз 30 т/га+глина 30 т/га 55.2 33.3 37.7 42.0 9.3 28.5

Навоз 30 т/га+(СаСОз+ 57.3 34.7 40.1 44.0 11.3 34.5

СаБО^Зт/га

Навоз 30 т/га+ 55.6 37.7 38.5 43.9 11.2 34.2

Са(Н2Р04)2 120 кг/га

НСРоб, Ц/га 6.0 5.5 6.3

Как уже отмечалось ранее, солома более интенсивно поглощает и аккумулирует тяжелые металлы. Поэтому действие мелиорантов в условиях техногенного воздействия прежде всего сказывается на изменении ее химического состава .В опытах это наиболее четко проявилось для таких элементов, как №, Мп, Си, Со, Сг, Ъху, РЬ, Ре.

На рисунке 3 приведены диаграммы, показывающие влияние мелиорантов на накопление тяжелых металлов в соломе ячменя. Кальцийсодержащие соединения наиболее эффективно уменьшают поступление и накопление в ячмене кобальта, железа, никеля, хрома и свинца; фосфорные удобрения уменьшают поступление кобальта, цинка, никеля и меди; глина келловея уменьшает поступление цинка, свинца и хрома. Также эффективно совместное внесение испьпуемых мелиорантов.

Таким образом, при внесении в почву исследуемых мелиорантов, как отдельно, так и в сочетании друг с другом, наблюдается увеличение урожайности ячменя и уменьшение поступления тяжелых металлов в

растения. Наибольший эффект дает внесение кальцийсодержащих соединений (известь+гипс) в дозе 6 т/га, органических удобрений (60 т/га), совместное использование органических удобрений (30 т/га) и кальцийсодержащих соединений (3 т/га), внесение суперфосфата (240 кг/га).

N1

РЬ

Со

и» * 0,6 т

2 и 0,4 -

19 X а. 0,2 -

И 0 -

О

В1 Ш2 аз 04 Ш5

Ре

51 012 ШЗ 34 05

Рис. 3. Содержание тяжелых металлов в ячмене, мг/кг (солома): 1 - контроль; 2 - СаСОэ+СаБО.»; 3 - Са(Н2Р04)2; 4 - глина келловея; 5 - навоз+гл1ша+(СаСОз+Са5С>4)

5.2. Экономическая эффективность применения мелиорантов под ячмень в условиях техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА, В современных условиях вопросы экологии и охраны окружающей среды неразрывно связаны с экономическими проблемами.

Определение экономической эффективности применения мелиорантов в условиях техногенного воздействия предприятий КМА проводилось по общепринятой методике (Проектирование системы удобрения, 1995).

Данные таблицы 7 показывают, что один рубль потраченный на внесение мелиорантов, по большинству вариантов окупается уже в первый год после внесения. Наибольшая окупаемость получена при внесении органических удобрений (навоза) отдельно - 2,27 рубля и совместно с кальцийсодержащими соединениями - 2,22 рубля, а также при внесении кальцийсодержащих соединений -1,51 рубля на один рубль затрат.

7. Экономическая эффективность внесения мелиорантов, тыс. руб/га (в ценах до 1998 года)

Варианты опыта Производственные дополни- Стоимость дополнительной Окупаемость 1 рубля Дополнительный чистый Рентабельность,

тельные затраты продукции затрат, руб. доход на 1 га %

Контроль - - - -

СаССЬ+СаБО* 352,8 532,5 1,51 179,7 50,0

Навоз 408,8 930,0 2,27 521,2 127,0

Гляна келловея 408,8 150,0 0,36 - -

Са(Н2Р04Ь 742,0 757,5 1,02 15,5 2,0

Навоз+глина 408,8 697,5 1,70 288,7 70,0

Навоз+(СаСОэ+ СавОО 380,8 847,5 2,22 293,3 77,0

Навоз+ Са(Н2РО<>2 575,4 825,0 1,43 249,6 43,0

Самый высокий экономический эффект получен в вариантах внесения органических удобрений - уровень рентабельности 127 %, совместного внесения органических удобрений и кальцийсодержащих соединений 77 %, н одних кальцийсодержащих соединений - 50 %. Экономически малорентабельно вносить в качестве мелиорантов глины келловея.

Из всего вышеизложенного следует, что экономически целесообразно и наиболее выгодно внесение в качестве мелиорантов органических удобрений (навоза) и кальцийсодержащих соединений (СаСОз + СаБОД

Затраты на их внесение окупаются в первый год после внесения, а срок их последействия, как показывает практика, составляет как минимум 4 -5 лет. По этим же вариантам наблюдается наименьшее поступление тяжелых металлов в растения ячменя и наибольшая урожайность.

Таким образом, применение органических удобрений и калыщйсо-держащих соединений в условиях техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА в настоящее время является экологически эффективным и экономически выгодным агротехническим приемом оп-тимизащш химического состава сельскохозяйствеютых культур.

ВЫВОДЫ

Исследования проведенные в 1992-1997 гг. позволили сделать следующие основные выводы:

1. Региональные фоновые значения содержания тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах Лесостепи в большей степени варьируют в зависимости от типа почв и гранулометрического состава. Для таких металлов как цинк, медь, свинец, никель фоновые содержания валовых форм в черноземах тяжелосуглинистого гранулометрического состава соответственно на 33, 31, 25 и 33% больше, чем в черноземах среднесуглинистых.

2. Распределение по профилю черноземов и серых лесных почв валовых форм марганца, кобальта, хрома и никеля, а также их содержание в пахотном слое почвы в большей степени обусловлено содержанием этих элементов в почвообразующей породе почв, чем особенностями процессов почвообразования.

3. Влияние почвообразующей породы на изменение валовых форм тяжелых металлов в пахотном слое почвы количественно оценивается коэффициентами аккумуляции-рассеивания (отношение содержания валовой формы тяжелого металла в пахотном слое почвы к его содержанию в почвообразующей породе). Значения этих коэффициентов зависят от типа почвы и составляют: для Си, РЬ, Со на черноземах исследуемых подтипов соответственно 1.0; 1.0; 1.0; 0.8; на серых лесных почвах соответственно 1.2; 1.3; 1.2; 1.0.

4. Нормативные значения коэффициентов аккумуляции-рассеивания позволяют прогнозировать фоновые содержания в пахотном слое (СПС, мг/кг) тяжелых металлов по их содержанию в почвообразующей породе по формуле: СПС=КАР* СПП, где КАР- коэффициент аккумуляции-

рассеивания для тяжелого металла; СПП -содержание валовых форм этого металла в почвообразующей породе, мг/кг.

5. В агропедоценозах вблизи горнодобывающих предприятий КМА отмечается повышение концентрации тяжелых металлов не только в поч-ьс, но и в сельскохозяйственных растениях. Около промплощадки МГОКа имеет место 20-кратное (по сравнению с растениями, отобранными на расстоянии 20 км от МГОКа) превышение содержания железа в соломе ячменя, а также повышение в 4 раза концентрации кадмия и в 2 раза - концентрации свинца и никеля.

6. Эффективность влияния мелиорантов на урожай ячменя в условиях техногенного воздействия оказалась различной. Наибольшие прибавки урожая по сравнению с контрольным вариантом получены при внесении кальцийсодержащих соединений - 7,1 ц/га (21,7 %), органических удобрений -12,4 ц/га (37,9 %), суперфосфата -10,1 ц/га (30,8 % ) и совместное внесение половинных норм карбонатов и сульфатов кальция и органических удобрений -11,3 ц/га (34,5 %).

7. Из исследуемых мелиорантов наибольшее положительное влияние на качество получаемой продукции (содержание тяжелых металлов) оказали кальцийсодержащие соединения (известь + гипс). При их внесении в почву растения ячменя накапливали железа на 100, свинца на 64, хрома на 70, меди на 100 и никеля на 60 % меньше, чем на контрольном варианте. Высокая положительная эффективность отмечена при совместном внесении кальцийсодержащих соединений и органических удобрений.

8. Применение кальцийсодержащих соединений и органических удобрений в условиях техногенного воздействия является экологически целесообразными экономически эффективным приемов обеспечивающим дополнительный чистый доход при высокой рентабельности (от 50 до 127%).

9. Использование кальцийсодержащих соединений и органических удобрений в условия?: интенсивного техногенного воздействия обуславливает повышение урожайности сельскохозяйственных культур, оптимизирует их химический состав и является важнейшим приемом улучшения экологического состояния агропедоценозов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

. Установленные нами фоновые содержания тяжелых металлов в основных типах почв Курской области л спсссб определения локального загрязнения ими почв с использованием коэффициентов аккумуляции-рассеивания рекомендуется использовать экологическим службам для установления уровня загрязнения почтенного покроза тя-хелымл металлами.

. В условиях техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА для оптимизации химического состава сельскохозяйственных растений рекомендуется использование калыцшеодержащих соединений и органических удобрений.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Опыт проведения агроэкологического мониторинга комбината лекарственных средств г. Курска. // Совершенствование технических средств и технологий возделывания сельскохозяйственных культур: Материалы научно-практической конференции 1-4 февраля 1994 г. - Курск: КГСХА, 1995. - С. 55-57(в соавторстве).

Геохимическая характеристика эколопгческого состояния почв ЦЧО (на примере Курской области) // Повышение эффективности функционирования АПК (тезисы докладов научно-практической конференции, март 1995 г.), - Курск: КГСХА, 1995. - С. 41-42 (в соавторстве). Экологические проблемы геохимического мониторинга почв Курской эбласти. // Современные экологические проблемы провинции; Между-нар. экологический форум. - Курск, 1995. - С. 31 -32 (в соавторстве). Способ определения загрязнения почвы химическим элементом . Патент на изобретение № 2084891 от 20 июля 1997 г. ( в соавторстве ). Влияние техногенных воздействий горнодобывающих предприятий <МА на почвенный и растительный покров // Вопросы современного ¡емледелия; Мат. научно-практической конференции 12 - 14 марта 1997 г. Курск; КГСХА, 1997. С. 55-56.

Метод оценки загрязнения почв тяжелыми металлами по их содержа-ппо в почвообразующей породе (в печати).

Прогнозирование естественного содержания тяжелого металла на за-рязненной почве, (в печати).

Prediction of the natural content of heavy metal on the polluted soils, (в гечати).

Формат 60 х 84 1/16. Бумага для копировальных аппаратов. Печать на копировальном аппарате Курской ГСХА. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз.

Текст научной работыДиссертация по географии, кандидата сельскохозяйственных наук, Левшаков, Леонид Васильевич, Курск

На правах рукописи

Левшаков Леонид Васильевич

Экологогеохимическое состояние агропедоценозов в условиях Лесостепи

региона КМА

11.00.11 - охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: заслуженный деятель науки РФ, академик РАЕН, ААО РФ, доктор сельскохозяйственных наук, профессор Муха В. Д.

кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Сулима А. Ф.

Курск-1998

Содержание

Введение.................................................................................................4

Глава 1. Природные и антропогенные факторы формирования геохимической обстановки в агропедоценозах ( краткий обзор литературы)...................................................................8

1.1 Особенности содержания и распределения тяжелых металлов в почвах.......................................................................8

1.2 Закономерности поступления и накопления тяжелых металлов в растениях.................................................................22

1.3 Антропогенные источники поступления тяжелых металлов в агропедоценозы......................................................28

1.4 Нормирование содержания тяжелых металлов в агропедоценозах........................................................................35

Глава 2 Объекты, методика и условия проведения

исследований.............................................................................................44

Глава 3. Оценка фонового содержания и распределения по почвенному профилю тяжелых металлов в почвах Лесостепи.............53

3.1 Фоновое содержание валовых форм тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах

Лесостепи....................................................................................53

3.2 Закономерности профильного распределения валовых и подвижных форм тяжелых металлов в черноземах типичных и серых лесных почвах..........................61

3.3 Метод оценки загрязнения почв тяжелыми металлами

по их содержанию в почвообразующей породе..........................80

Глава 4 Воздействие горнодобывающих предприятий КМА

на загрязнение агропедоценозов тяжелыми металлами...........................90

Глава 5 Приемы снижения техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА на прилегающие агропедоценозы........................................................................................108

5.1. Оценка влияния мелиорантов на урожайность и качество ячменя в условиях техногенного

воздействия..................................................................................108

5.2 Экономическая эффективность применения мелиорантов под ячмень в условиях техногенного воздействия....................................................................................119

Выводы.....................................................................................................123

Практические рекомендации..............................................................125

Список литературы................................................................................126

Приложения.............................................................................................143

Введение

Актуальность темы. В настоящее время одной из важнейших проблем, стоящих перед человечеством, является проблема охраны и рационального использования природной среды .

Экологические проблемы требуют новых подходов к оценке конкретной экологической ситуации, складывающейся в агропедоценозах. Одними из наиболее опасных и вредоносных загрязнителей окружающей природной среды являются тяжелые металлы. Хозяйственная деятельность приводит к изменениям в структуре и функциях природных комплексов - изменяются направление и темпы миграции тяжелых металлов, а также характер накопления и распределения их в почвенном покрове. Максимальную опасность тяжелые металлы представляют для человека, находящегося на вершине трофической пирамиды и поэтому рискующего получать продукты питания с концентрацией токсикантов в 100 - 10000 раз более высокой, чем в почвах.

Центрально-Черноземный регион имеет весьма неоднородный почвенный покров, характеризующийся значительной вариабельностью по содержанию в них тяжелых металлов. С учетом того , что тяжелые металлы как микроэлементы являются одним из факторов почвенного плодородия, теоретический и практический интерес представляет изучение их содержания в основных типах почв, распространенных в Лесостепи.

Антропогенное воздействие на почвенный покров значительно трансформирует ход природных (естественных) процессов. При этом наибольшую опасность представляет техногенное загрязнение. Особенно актуальна эта проблема в бассейне Курской Магнитной Аномалии (КМА), где функционирует мощный железорудный комплекс с сопутствующими ему предприятиями.

В Курской области наиболее интенсивным техногенным воздействиям подвергаются почвы Железногорского района, на долю которых приходится около 20 % выбросов загрязняющих веществ в целом по области. Это связано

с промышленными выбросами Михайловского горно-обогатительного комбината.

В зоне интенсивного техногенного воздействия происходит загрязнение агропедоценозов тяжелыми металлами. Агропедоценоз представляет собой элемент территории, однородный в геоморфологическом и гидротермическом отношении, единый по характеру почвенного покрова (педо) и агроценоза (совокупность культурных растений за ротацию севооборота) с присущими им организмами и режимами в пределах почвенного и растительного покрова (В. Д. Муха, 1979). В связи с этим актуальной является оценка степени загрязнения почв тяжелыми металлами. Для ее проведения необходимо определение региональных фоновых значений тяжелых металлов по основным преобладающим подтипам почв, как в зоне КМАдак и по области в целом. Не менее важным является также и поиск новых подходов к оценке уровня загрязнения почв тяжелыми металлами и учитывающих естественную пестроту их содержания в почвах, позволяющих разделить действие естественных и антропогенных факторов на почвенный покров. Усиление антропогенного пресса на естественные экосистемы делает также актуальной разработку приемов и способов, направленных на улучшене экологического состояния агропедоценозов, находящихся под техногенным воздействием.

Все вышеизложенное приводит к необходимости подробно рассматривать и изучать естественные и антропогенные факторы, формирующие экологическую обстановку в Лесостепи и влияющих на плодородие почв и качество получаемой сельскохозяйственной продукции.

Цель И задачи исследований. Целью настоящей работы явилось изучение содержания и распределения тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах лесостепи и разработка подходов к улучшению экологического состояния агропедоценозов.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить фоновые содержание тяжелых металлов в основных зональных типах почв Лесостепи.

2. Изучить профильное распределение тяжелых металлов в био-агропедоценозах и выявить закономерности их изменения по профилю серых лесных почв и черноземов.

3. Провести количественную оценку параметров, характеризующих влияние почвообразующей породы и процессов почвообразования на изменение содержания тяжелых металлов в пахотном слое почвы.

4. Определить характер и степень техногенного воздействия горнодобывающих предприятий КМА, расположенных в зоне Лесостепи на агропедоценозы.

5. Разработать некоторые методы оптимизации химического состава растений в условиях техногенного воздействия.

Защищаемые Положения.На защиту выносится концепция оценки и регулирования экологогеохимического состояния био- и агропедоценозов в условиях лесостепи, которая включает следующие положения;

1. Серые лесные почвы и черноземы лесостепи подвержены значительным антропогенным воздействиям, содержание тяжелых элементов значительно варьирует, что требует изучения и определения их фоновых содержаний.

2. Локальное загрязнение почв химическим элементом необходимо определять при использовании нормативных коэффициентов аккумуляции-рассеивания

3. На почвах в условиях техногенного воздействия целесообразно внесение кальцийсодержащих соединений и органических удобрений.

Научная НОВИЗНаЛ. На примере серых лесных почв и черноземов Лесостепи получены фоновые значения содержания валовых форм тяжелых металлов .

2. Предложен и запатентован способ определения загрязнения почв тяжелыми металлами, основанный на содержании их в почвообразующей породе с использованием нормативных коэффициентов аккумуляции-рассеивания.

3. Установлены нормативные коэффициенты аккумуляции-рассеяния тяжелых металлов в серых лесных почвах и черноземах.

4. Испытаны и предложены некоторые приемы оптимизации химического состава растений в условиях техногенного воздействия.

Практическая значимость исследований.

1. Предложенный способ определения локального загрязнения почв химическим элементом, а также полученные значения фоновых содержаний тяжелых металлов в черноземах и серых лесных почвах позволят экологическим службам более точно определять степень загрязнения почв в условиях техногенного воздействия (патент N 2084891 от 20 июля 1997 года).

2.Установлено, что применение кальцийсодержащих соединений и органических удобрений в условиях техногенного воздействия позволяет повысить урожай и оптимизировать химический состав сельскохозяйственных культур.

Апробация работы Основные положения диссертационной работы были доложены на научных конференциях Курской ГСХА в 1994 -1997 г.г., на международной конференции „Экологические проблемы провинции'' 1995 г.

Публикации По материалам диссертационной работы опубликовано 5 работ и 3 находятся в печати.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность научным руководителям - заслуженному деятелю науки РФ, академику ААО РФ, РАЕН, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Мухе Владимиру Дмитриевичу и кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Сулиме Антонине Филипповне за постоянное научное руководство в период проведения исследований и написания диссертационной работы. Автор считает своим долгом поблагодарить Карпинец Т. В. за помощь в математической обработке и всех сотрудников кафедры почвоведения и агрохимии за оказанную помощь и поддержку.

ГЛАВА 1. ПРИРОДНЫЕ И АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ГЕОХИМИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ В АГРОПЕДОЦЕНОЗАХ (краткий обзор литературы)

1.1. Особенности содержания и распределения тяжелых металлов в почвах. Почва - это весьма специфический компонент биосферы, поскольку она не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Изучение содержания и распределения тяжёлых металлов в почвенном покрове важно в связи с незаменимостью их для нормального роста и развития растений, а также вследствии токсичности повышенных концентраций некоторых из них (М. И. Макаров и др., 1993; К. 1990).

Нами исследовались десять элементов и в таблице 1 приводится их краткая характеристика (Общая химия. Химия биогенных элементов, 1973). Как видно из данных этой таблицы, все изучаемые металлы относятся к группе „тяжелых", так как их атомная масса более 50 атомных единиц, а плотность свыше 5 г/см3.

Тяжелые металлы - достаточно условное понятие . Представление об обязательной их токсичности является заблуждением, так как в эту группу попадают такие элементы как медь, цинк, молибден, марганец, кобальт и многие другие элементы, большое позитивное биологическое значение которых давно доказано. В микроколичествах они необходимы для живых организмов, поскольку активизируют деятельность ферментных систем. Однако в больших концентрациях эти - же элементы создают токсический эффект. Однако имеется группа металлов, за которыми закрепилось понятие „тяжелые" -в смысле токсичные. Эта группа включает ртуть, свинец и кадмий (Ю. В. Алексеев, 1987). Эти элементы отличаются наиболее высокой токсичностью и

живые организмы, по видимому, не нуждаются в них даже в небольших количествах.

1. Характеристика элементов 1-8 групп

Название элемента Формула Группа Атомный номер Атомная масса Плотность г/см3

Хром Сг 6 24 51,996 7,190

Марганец Ми 7 25 54,938 7,440

Железо Бе 8 26 55,847 7,874

Кобальт Со 8 27 58,933 8,840

Никель № 8 28 58,700 8,910

Медь Си 1 29 63,546 8,960

Цинк Ъъ 2 30 65,380 7,133

Молибден Мо 6 42 95,940 10,220

Кадмий са 2 48 112,400 8,650

Свинец РЬ 4 82 207,200 11,336

Как известно в почвах тяжёлые металлы в основном наследуются от материнских почвообразующих пород и их распределение в почвенном профиле отражает действие различных почвообразовательных процессов, а также вмешательство внешних факторов (например, сельскохозяйственной деятельности и антропогенного загрязнения, В. В. Ковальский, 1977).

Связь тяжёлых металлов с определёнными фазами и компонентами почв является основной чертой, определяющей их поведение. Можно с уверенностью говорить (Ф. Я. Сапрыкин,1984), что, например, тонкодисперсные глинистые сланцы содержат значительно больше тяжёлых металлов по сравнению с грубым субстратом песчаников.

При выветривании коренных горных пород тяжёлые металлы в значительной части сохраняются в рыхлых образованиях. Главным носителем тяжёлых металлов становятся вторичные минералы, гидрооксиды и оксиды полуторных окислов, а формами присутствия-водорастворимая ,обменная, ок-людивная- R2O2 в кристаллической решётке вторичных минералов и в их межплоскостном пространстве в первичных минералах. Именно поэтому поч-вообразующие породы разного гранулометрического состава содержат заметно различающееся количество тяжёлых металлов; небольшое- песчаные и супесчаные значительное- суглинистые и глинистые (Р. К. Даутов, 1990). Прослеживается большое различие в содержании тяжёлых металлов между грубыми (песчаными) и тонкими (суглинистыми и глинистыми) породами. В песках преобладает кварц ,почти лишённый тяжёлых металлов, тогда как в суглинках и глинах велика доля глинных минералов, богатых различными элементами (Ф. Я. Сапрыкин, 1984).

Как считают Н. А. Протасова и др. (1996), микроэлементный состав почвообразующих пород зависит от их гранулометрического состава и миграционной способности элементов. При этом существует тесная корреляционная зависимость между содержанием тяжелых металлов в почвах и почвообразующих породах.

Глинистые минералы могут содержать ничтожные количества элементов в качестве структурных компонентов, однако их большая сорбционная ёмкость по отношению к тяжёлым металлам играет важнейшую роль (I. Scheunert; U .Dorfler, 1989).

Хотя различные виды глинистых минералов могут варьировать по химическому составу и свойствам, от которых зависит содержание тяжёлых металлов, в целом их содержание изменяется в такой последо-вательности; монтмориллонит,вермикуллит>иллит,хлорит>каолинит>га-луазит. По данным В.Б.Ильина (1985), в глинистых и илистых частицах почвы содержание тяжёлых металлов в 2-4 раза больше, чем в почвенной массе в целом.

Важную роль в накоплении тяжёлых металлов в почвенном покрове играют комплексы глинных минералов с органическим веществом и гидрооксидами железа, алюминия и марганца. Гидрооксиды алюминия, например, могут адсорбировать широкий круг различных элементов и в некоторых почвах их роль в удержании тяжёлых металлов может быть даже важнее, чем оксидов железа.

В целом, наиболее насыщенной тяжёлыми металлами является тяжёлая фракция (удельная масса >2,75 г/см3) грубодисперсной части почвообразую-щих пород и почв. Эта фракция ,состоящая в основном из роговой обманки, ильменита, циркона, тремолина содержит тяжёлых металлов в несколько раз больше, чем илистая (Ф.Я.Сапрыкин, 1984). Но так как доля тяжёлых минералов в субстрате невелика (0,5-5%), они не могут оказать существенное влияние на баланс этих элементов.

К основным носителям тяжёлых металлов в незагрязнённой (целинной) почве, по сведению М. Гэртла (1983), относятся оксиды железа. Результаты исследований показывают что в них может сосредотачиваться до 25% цинка от общего его содержания в почве.

При почвообразовании происходит некоторое перемещение тяжёлых металлов в профиле почв. В почвах с элювиально-иллювиальным профилем (дерново-подзолистые, серые лесные, солоди, солонцы и др.),элювиальный горизонт обедняется тяжёлыми металлами, тогда как иллювиальный обогащается. Происходит накопление физиологически важных элементов в гумусово-аккумулятивном горизонте, аккумуляция выпадающей в осадок растворимой формы тяжёлых металлов при смене кислотно-щелочных условий на контакте бескарбонатного горизонта с нижележащим карбонатным (В. Б. Ильин, 1991).

Исследованиями Н. А. Протасовой и др. (1992 ), установлено, что распределение тяжелых металлов по почвенному профилю серых лесных и черноземных почв зависит от распределения гумуса, глинистых частиц, карбонатов, обменных катионов, величины рН. При этом элементный состав серых

лесных почв существенно отличается от черноземов пониженным содержанием многих элементов.

Почва - звено экосистемы, в котором отражаются и аккумулируются многие изменения