Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Формы нахождения тяжёлых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Формы нахождения тяжёлых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности"

На правах рукописи

ПЕРЕЛОМОВ Леонид Викторович

ФОРМЫ НАХОЖДЕНИЯ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ И АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВАХ СРЕДНЕРУССКОЙ

ВОЗВЫШЕННОСТИ

Специальность: 03.00.27- Почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата биологических наук

Москва 2001 г.

Работа выполнена в Учебном центре «Почвоведение, экология и природопользование» Пущинского государственного университета

Научные руководители:

доктор биологических наук Пинский Д Л ,

кандидат биологических наук Дм траков Л М

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Карпухин А И

доктор биологических наук Керженцев А С

Ведущая организация: Почвенный институт РАСХН им В В Докучаева

Защита состоится «^У » ^■£'■1- <-,_ 200 / г в

______ на заседании диссертационного совета Д 220 043 02

Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева по адресу 127550, Москва, ул Тимирязевская, 49, Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке МСХА

Автореферат разослан « ' ^_2001 г

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ V ;

Актуальность темы

Тяжелые металлы (ТМ) относятся к приоритетным загрязнителям биосферы в связи с их высокой токсичностью и растущими техногенными выбросами (Мипп,Я.Е., 1973). Поведение и функции тяжйлых металлов в почвах" определяются не только их концентрацией, но и формами нахождения эле-' ментов. В свою очередь локализация ТМ в тех или иных формах зависит от ряда факторов: количества'и состава соединений, унаследованных от материнской породы и поступающих из антропогенных источников, взаимодействия с компонентами почв и почвенных растворов при вторичном перераспределении. Характер этих'взаимодействий связан как со свойствами ионов ме-" таллов, так и с составом и свойствами почв. Важнейшими из них являются рН, количество и состав органического вещества, гранулометрический состав,' содержание подвижного фосфора, аморфных гидроксидов железа и марганца' (Глазовская М.А., 1994). ' ' . '.

Цель исследований ■..■•< .. ■ :>.

Целью настоящей работы является изучение форм нахождения ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах различного использования, расположенных в северной части Среднерусской возвышенности.

Задачи исследований: > » . • .. ..

1. Провести изучение общего содержания и содержания подвижных форм тяжёлых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности с различной степенью окультуривания.

2. Оценить формы нахождения ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах-методом последовательных селективных экстракций и выявить роль почвенных компонентов в иммобилизации тяжёлых металлов. .:• , &

3. Изучить особенности трансформации водорастворимых соединений цинка в серой лесной пахотной почве при различных нагрузках металлом в модельном эксперименте. . . Г ;

4. Рассмотреть влияние изменения физических и химических свойств почвы при добавлении кварцевого песка и выпадении кислотных осадков на трансформацию водорастворимых соединений цинка и его поглощение растениями в модельных экспериментах. г .. ,,..,. .. ,

Научная новизна: " ч' ■' - ■ "" " ■ •

Установлена взаимосвязь форм нахождения ТМ, изученных методом последовательных экстракций, с особенностями генезиса серых лесных и ал: ТШЮДЦ^^Ц^ЗД^уд^ииншг ¡антропогенных факторов на

лювиальных почв.

НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА Моск. сальскскоз йчадэмж /

процессы трансформации! металлов. Разработаны научные основы метода идентификации природных и антропогенных соединений ТМ в почвах

Теоретическая и практическая ценность работы.

Выявлена специфика форм нахождения ТМ в типичных серых лесных, аллювиальных дерновых насыщенных и аллювиальных луговых насыщенных почвах Показано, что в пахотных серых лесных почвах по сравнению с почвами, функционирующими в естественных условиях, уменьшается содержание подвижных форм большинства ТМ Независимо от характера использования основными компонентами, аккумулирующими марганец и свинец в серых лесных почвах, являются гидроксиды Ре и Мп, в меньшей степени металлы накапливаются в первичных и глинистых минералах остаточной фракции Наибольшее количество цинка находится в составе первичных и глинистых минералов остаточной фракции Изменения физических и химических свойств почвы в результате разбавления её кварцевым песком и регулярных кислотных выпадений препятствуют иммобилизации ТМ и способствуют их транслокации в растения

Работа показывает возможность применения метода последовательных селективных экстракций для изучения форм нахождения и трансформации ТМ в почвах, позволяет оценить тенденции антропогенного изменения фракционного состава ТМ в почвах, обладающих различными физико-химическими свойствами

Апробация работы.

Результаты исследований по теме диссертации были доложены на Международном симпозиуме "Тяжёлые металлы в окружающей среде" (Пущино, 1996 г). Международных конференциях "Проблемы антропогенного почвообразования" (Москва, 1997, 1998 гг), 5-й Научно-практической конференции "Агроэкологическое обоснование теории и технологий.использования разных видов удобрений и химических мелиорантов в земледелии" (Москва, 1997 г), Второй Российской школе "Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы" (Москва, 1999 г) и др По сделанным сообщениям опубликованы тезисы докладов

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ

Структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитируемой литературы Материал изложен на 142 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 14 рисунков Список литературы включает 199 работ, в том числе 40 зарубежных авторов

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изучение общего содержания и содержания подвижных форм ТМ проводилось в фоновых серых лесных почвах под дубравой, в серых лесных пахотных и огородных почвах агроэкосистем, расположенных на севере Туль: ской - юге Московской области. Фракционный состав ТМ изучали в фоновых почвах под дубравой, в пахотных почвах агроэкосистем, расположенных на различном удалении от г. Тулы и в почвах огородов на северо-восточной окраине города. Для определения общего содержания и содержания подвижных форм ТМ методом конверта отбирались смешанные образцы почв из элюви-> альных и трансэллювиальных ландшафтов с незначительным уклоном.

Для изучение содержания ТМ и форм их нахождения в аллювиальных почвах отбирали образцы целинных и пахотных насыщенных луговых почв поймы р. Упы (окраина города Тулы) и дерновых насыщенных пахотных почвах поймы р. Оки в окрестностях г. Пущино. Основные характеристики исследуемых почв представлены в Табл.1, и Табл. 5. '• • •;

Таблица 1. Основные физико-химические свойств« щученные почв

. Свойства > Почвы - - ■ . - ■ ■ • ■•-

Сера» лесная под лесом Серая лесная пахот-* ная Серая лесная огородная ' Поймы Упы под лугом Поймы Упы пахотная • Поймы Охи ; пахотная . ! - \

Гумус, % 3,0 ' - 2,3 4,6 ' 6.4 1 3,8 • 2,8

... рН 5,3 . 6,5 ... , . 7,3. :.ы 7,4... 7,5 , '

Физ. песок, % 75,8 62,6 61,7 40,8 ' ' 65,1 ' 62,9

Определение общих физических и химических свойств почв проводили с использованием общепринятых методов (Агрохимические методы.^., 1975). Определение общего содержания тяжёлых металлов и содержания ТМ в растениях проводили по методикам, приведённым Н.И. Гелетюк и Б.Н. Золотарёвой (1980). Извлечение подвижных форм микроэлементов осуществляли ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8 (Агрохимические методы..., 1975). Анализ фракционного состава ТМ проводили по методике Тессиера и др. (Тевв^ег А. е1 а1., 1979). Метод позволяет выделить 5 фракций ТМ: обменную (Ех), экстрагируемую ацетатом натрия при рН 5, в которую входят специфически адсорбированные и связанные с карбонатами ТМ (АсЫа), связанную с гид-роксидами железа и марганца (Ох), образующую прочные комплексы с органическим веществом (Ог) и остаточную, включающую металлы в составе первич-

ных и глинистых минералов (Из) Фракционирование металлов проводилось по схеме

Ш.МвСЬ (рН 7) -> 1 М СНзСООЫа (рН 5) 0,04 ЫН2ОНхНС1 + 25 % (V) СНзСООН (96+3°) -> НИОэ + Нг02 (1=85-2°) НСЮ< Ш?

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

1. Общее содержание и содержание подвижных форм тяжелых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах различного использования.

Показано, что в изученных профилях серых лесных почв различного использования распределение марганца и цинка носит аккумулятивный характер, железа - элювиально-иллювиальный Свинец и кадмий распределяются по профилю относительно равномерно Концентрации металлов в верхних горизонтах изученных почв (Табл 2) находятся в пределах кларковых величин Это свидетельствует об отсутствии выраженного антропогенного загрязнения почв ТМ и о доминирующем влиянии особенностей почвообразовательного процесса на их содержание и распределение Полученные нами результаты соответствуют данным литературы о содержании микроэлементов в почвах Южного Подмосковья (Якушевская И В , 1973, Побединцева ИГ и др , 1979, Учватов ВП, 1991, 1994, Урусевская ИС, 1997 и др ) Сельскохозяйственное использование серых лесных почв сопровождается существенным изменением общего содержания ТМ лишь на стадии высокоокультуренных огородных почв при использовании высоких доз органических удобрений и нетрадиционных мелиорантов.

Таблица 2. Общее содержание ТМ в серых лесных почвах в слое 0-20 см (мг/кг)

ТМ Лесные почвы Пахотные почвы ' Почвы огородов

п X Бх п [ X вх N X Эх

Ге 7 14500 750 75 | 18960 271 7 18200 836

Мп 7 1544 85 82 1 662 13 7 576 46

Ъл 7 66 3 84 80 2 ; 7 79 | 3

№ 7 24 1.0 83 27 0,6 \ 7 , 19 0.5

РЬ 7 18 0.8 23 17 0,7 | 7 41 4.3

С<1 7 0 42 0 03 82 | 0 20 0.01 | 7 1 0,13 0 01

Под действием агрогенных факторов в верхнем горизонте пахотных почв по сравнению с фоновыми уменьшается или наблюдается тенденция к уменьшению содержания подвижных форм большинства ТМ, за исключением цинка (Табл 3) Сравнение характера распределения подвижных форм ТМ

в верхней части профиля почвы под дубравой и изученных-пахотных почв свидетельствует о том, что уменьшение концентраций ТМ в пахотном горизонте не обусловлено миграцией элементов в подпахотную толщу. В почвах огородов возрастает содержание подвижных форм железа; цинка,- свинца. По видимому, это происходит на фоне увеличения буферной ёмкости огородных почв за счёт поступления значительной части ТМ в термодинамически неустойчивых техногенных формах и с удобрениями. ■ ■• " "

Таблица 3. Содержание подвижных форм ТМ в серых лесных почвах в'слое 0-20 см (мг/кг)' ' ;< "■ '. 1 ••'• -•■'..... -• "'

ТМ Лесные ПОЧВЫ " " Пахотные почвы ~ ' - " Почвы огородов -

П - • X "" п X ■ - Бх '' ' N - • х- ' Бх

Ге ' "7 - ' 20,4 ' 1,2 20 10,6 0,7 ? , 19,7 1,8'

Мп 7 138,6 1.9 " 67 ' 48,2 • ' 2,2" - 7 - 33,4 ' " 1,5

Ъп ,- г , 2,4 0,2 '" 72 " 5,8 0,3 " 7' 14,0 " 1.3

№ ' 7" " 0,7 ' 0,04 73' 0,5 0,03 "" 7 ' " ' 0,4 0,09

РЬ 7 0,47 0,03 72 0,42 0,02 7 2,54 * 0,26

са 7 0,15 0,01 76 0,05 0,001 7 0,04 ' 0,01

: Значения коэффициентов подвижности, равных отношению содержания подвижных форм металлов к их общему содержанию, возрастают в ряду: ->-г,

Ре (0,14 %) < РЬ (2,6 %) < N1 (2,9 %) < 7л (3,6 %) < Мп (9,0 %) .< С<1 (35,7 %).

. •: ■; Положение металлов в ряду подвижности в серыхлесных почвах противо-

• положно их положению в ряду гидролизуемости по МакБрайду и,.следовательно, связано со способностью металлов к образованию гидроксокомплексов. (

: ? .Изменение общего содержания.ТМ в процессе сельскохозяйственного ос-

• ■ воения хорошо согласуется со степенью их подвижности. В верхнем горизонте

пахотных.почв'по сравнению с фоновыми почвами:в большей степени умень-■ шается общее содержание наиболее подвижных, металлов - марганца и кадмия (Табл.2). с . ;•> . ->

Уменьшение концентрации валового и подвижного марганца в пахотных почвах также обусловлено снижением его участия в биологическом круговороте травянистых сообществ (Побединцева И.Г., 1979) и безвозвратным выносом с урожаем. Фокин А.Д. (1999) отмечает, что фитопоглощение марганца из элювиальной части почвенного профиля почв подзолистого типа значительно превышает его абиотический вынос. Обеднение пахотных горизонтов элювиальных ландшафтов кадмием за счёт латеральной миграции отмечалось Ковдой В.А. и Учватовым В.П. (1988), Башкиным В.Н. и Моциком А. (1991).

Увеличение содержания цинка в сельскохозяйственных почвах происходит, по-видимому, за сч&г использования органических удобрений, мелиорантов, средств защита растений (Минеев В Г. и др. 1993). Поскольку цинк адсорбируется почвами преимущественно в обменной и специфически связанной форме (Пампура ТВ, 1996) происходит увеличение концентраций подвижных форм элемента.

Специфику аккумуляции и трансформации ТМ в аллювиальных почвах определяют особенности их генезиса, такие как нахождение в подчиненном ландшафте, действие аллювиального процесса, подстилание карбонатными породами Кроме этого на данные процессы оказывает влияние интенсивное использование аллювиальных почв для производства сельскохозяйственной продукции, сопровождающееся водными мелиорациями, внесением высоких доз удобрений и средств химической защиты растений

Техногенное влияние г Тулы сказывается на увеличении содержания в пойменных почвах р Упы железа и цинка, причём концентрация цинка превышает ПДК.

Для пахотных почв поймы Упы по сравнению с почвой под естественным лугом характерно уменьшение в верхнем горизонте подвижных форм большинства элементов, за исключением цинка, концентрация которого остается неизменной (Табл 4). В отличие от серых лесных пахотных почв это вызвано, главным образом, миграцией элемента в нижележащие горизонты и более равномерным распределением в слое 0-60 см почвы

Характер распределения элементов по геоморфологическому профилю поймы р Оки позволяет сделать вывод о значительном влиянии аллювиального процесса на аккумуляцию тяжёлых металлов в пойменных почвах. Верхний горизонт прирусловой поймы (участок I на Табл 4) обогащен всеми микроэлементами, кроме никеля Запасы всех металлов, кроме подвижного свинца, валового и подвижного никеля, на глубине до 60 см по сравнению с другими участками поймы также возрастают. Особенности поймы как подчинённого ландшафта обуславливают некоторое увеличение содержания в притеррасной пойме марганца и железа (участок 6 на Табл 4)

Таблица 4. Содержание тяжёлых металлов в целинных н пахотных аллювиальных почвах (мг/кг).

Участок. Глуби- Мп Те РЬ ■ 2л Сй - №

на общ под общ под общ ПОД общ под общ под общ ПОД

Пойма Упы, луг 0-20 760 128 33000 82 . 15,0 0,8 . 100 12 0,35 0,16 24,5 0,60

20-40 600 14 22500 18 15,0 0,4 120 5 0,30 0,06 28,5 0,10

40-60 700 10 25000 10 • 17,5 0,1 125 2 0,25 0,05 25,5 0,05

Пойма Упы, картофель 0-20 580 22 31500 22 . 15,0 0,5 , 225: 13 0,40 0,13 27,5 0,05

20-40 560 18 27000 30 . 15,5 0,5 115 ! 11 - 0,35 0,11 22,5 0,05

40-60 540 20 23500 44 15,0 ' 0,5 95 23 0,25 0,08 21,0 0,30

Пойма Оки, многолетние тра- 0-20 840 40 23500 28 24,5 1,4 110 8 0,40 0,15 17,5 0,10

вы', прирусловая, участок 1 20-40 840 40 22500 34 23,5 0,3 100, 8 ■ 0,35 0,13 22,5 0,10

40-60 760 , 34 21000 34 г 15,0 0,3 70 4 . 0,45 0,11 17,0 0,10

Пойма Оки, участок 2 0-20 740 30 22000 16 13,5 0,3 65 3 0,25 .0,11 22,5 0,10

20-40 760 32 22500 20 18,5 0,4 90 4 0,35 0,09 20,5 0,10

40-60 700 22 21000 24 - -17,5 3,6 90 5 . ОДО 0,08 20,5 0,10

Пойма Оки, участок 3 0-20 620 26 18000 16 26,5 0,4 95 ; 1 0,90 0,07 20,5 0,10

20-40 700 20 18500 16 14,5 1,2 60 2 0,20 0,07 18,5 0,10

40-60 740 22 22000 22 16,0 0,1 70 6 0,25 0,08 22,0 0,10

Пойма Оки, центральная, уча- 0-20 640 24 19000 14 , 11,5 0,4 70 4 0,25 0,08 21,5 0,10

сток 4 ' ^ , 20-40 700 18 20500 16 14,5 2,4 60 8 ' 0,23 0,08 19,5 0,10

40-60 680 24 20000 22 23,5 0,1 65 ■ 2 0,25 . 0,07 20,5 0,10

Пойма Оки, участок 5 0-20 680 20 20500 14 19,5 0,1 75 . 6 0,38 0,08 21,5 0,10

20-40 680 22 21500 26 •21,0 0,9 70 5 - 0,45 0,08 18,5 0,10

40-60 660 48 20000 24 .- 16,0 0,2 • 75 • 7 0,25 0,10 21,5 0,10

Пойма Оки, притеррасная, 0-20 700 46 21500 20 . 17,0 0,2 70 ; 3 0,23 0,10 20,0 0,10

участок 6 20-40 760 22 23500 16 20,0 ОЛ 75 8 0,35 0,0« 19,5 0,20

40-60' 680 48 21500 10 19,0 0Л 65 * • 3 0,30 0,09 20,1 0,10

2. Фракционный состав соединений ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности

Физико-химические свойства серых лесных почв, использованных для проведения фракционного анализа соединений Мп, 2л и РЬ, приведены в

Табл 5

Таблица 5. Основные физико-химические свойства образцов серых лесных почв, использованных для последовательной экстракции ТМ_

Свойства ....... «Тульские Ясногорск, Присдды, ОПС ИФХиБПП Тула.

засеки», пашня пашня РАН. огород

•хи: пашня

Гумус "о 29 3.1 2.1 22 55

рН 54 5Т 59 45 69

Р)05 мг/ЮОг 50 26,0 Н/О Н/О 175 0

КгО мг/ЮОг 18,7 10 9 Н/О Н/О 72,4

Физ песок, % 76 и 619 69.2 67 0 73 6

Ил.% 76 13,4 13 4 20 3 6.1

Анализ полученных данных (Рис 1, Табл 6-8) показывает, что независимо от характера использования серых лесных почв максимальное количество Мп содержится во фракции гидроксидов железа и марганца Наибольшее количество цинка находится в остаточной фракции, представленной первичными и глинистыми минералами, свинца - во фракции, связанной с гидроксидами Ие и Мп, и остаточной

Марганец

О 7%-Е*

78 54 Ох

10 2% АсН»

9 9% Ог

Зв 9% Я«

Свинец

£х

7

АсЫа

Рисунок 1, Фракционный состав марганца, цинка и свинца в серых лесных почвах заказника «Тульские засеки» (%)

Наиболее подвижным из рассмотренных элементов в природных почвах является марганец, что обусловлено его активным участием в биологическом круговороте лесных экосистем При сельскохозяйственном использовании происходит уменьшение содержания марганца во всех фракциях, кроме остаточной (Табл 6) Возможной причиной этого может являться безвозвратный вынос мобильных форм элемента с урожаем с последующим перераспредепением металла между лабильными (обменной и экстрагируемой ацетатом натрия) и консервативными фракциями

Таблица 6. Фракционный состав марганца в серых лесных почвах

Участок tx 1 AcNa Ox Or Rs Сумма і Валовые '

"Тульские 42. ! Ш Hi 2JL і

засеки" 1с с X s 1 140 0 KSl < 70 75 0 13743 I 1440,0

Ясмогорск <Л2 1 М 70-Я U lis 1

пашня 24 ¡52 0 495 U * V* 0 699,9 і 780 0

Присады, Г Ll"1 87 ч ¿6 і

К иНМ 40 і 16 0 472 0 <0 4 64 0 1107 4 Н/О

ОН С, 0£ 1 11 f Ы ІІГ * і і

Пашня н/о 396 0 49 0 75 0 523 2 ! н/о

Тую 1 JLLi biv US 10,6 ' 1 1

Огород 40 ! 92 0 522 0 100 8 s5 a 803,8 ' «00 0 1

Примечание над чертой — содержание % под чертой - концентрация міУкг

Аккумуляция цинка в серых лесных почвах преимущественно в составе остаточной фракции свидетельствует о достаточно прочном его удержании в структуре составляющих ей компонента (Табл 7)

Таблица 7 Фракционный состав цинка в серых лесных почвах

Участок Ех Ас\а • Ох Or Rs Сумма Валовые

"Туїьские Ниже і іад І9 648

засеки" іес чувств 25 1 12 <0 71.6 70

Ясногорск Ниже ' Ь2 " 3\0 м.з

пашня чувств 50 6.S 38,7 60 110,5 125

Присади, Ниже 1ІЗ

Пашня Ч\8СТВ 30 1 13 5 3.6 60 80.1 Н/О

one Ниже 3 4 1 9Л ш

Пашня чувств 1 ь S.5 <0 640 Н/О

ТУ ta огород Ниже 1!Л...... 2Н 6J nj

чувств 367 1 180 .43,9 125 715,9 900

Примечание над чертой - содержание %. под чертой - концентрация мг/кг

Процесс аккумуляции экзогенных соединений цинка в составе первичных и глинистых минералов, происходящий благодаря способности металла изоморфно замещать ионы магния и алюминия, является чрезвычайно мед-

ленным (Кабата-Пендиас А., Пиотровска М., 1999) и осуществляется, скорее всего, в процессе их формирования,! . .

Как уже отмечалось, источником для увеличения содержания элемента в сельскохозяйственных почвах могут являться органические удобрения. Это приводит к накоплению цинка во фракции, связанной с органическим веществом, и увеличению содержания подвижных форм элемента (Табл.3) в высоко окультуренных почвах участка «Яскогорск» и огородных почвах. ^ ;

Причиной, обуславливающей значительную роль гидроксидов в иммобилизации свинца, является их высокое сродство к этому металлу (Пинский г ДЛ., 1995). Однако модельные эксперименты АшвлуоПЬ С. Е1 а1. показали, что сорбция свинца гидроксидами железа в течение 21 недели оставалась обратимым процессом. Таким образом, высокое содержание свинца в "этой фракции, по-видимому, связано с его нахождением в продуктах гипергенеза. Традиционное сельскохозяйственное использование почв не изменяет содержание свинца в большинстве фракций (Табл.8). Содержание металла во фракции, связанной с органическим веществом возрастает, что, по-видимому, также связано с внесением органических удобрений

Таблица 8. Фрикционный состав свинца » серы» лесных почвах _■ .

•. Участок ■ - Ех . > AcNa Ох Or Rs Сумма Валовые

"Тульские засе- Менее 11 48.5 12 36.8

ки",лес 0,1 1,32. 8,5 1,26 6,5 17,6 17,5

Ясногорск, Менее , fi.fi ... зм 2М ,

Пашня 0,1 0,96 4,5 4,95 14,6 17,5

Приседы, Менее 1ST '- 64г5 ' 21.3 '

Пашня ■ • 0,1 0,4 13,5 ' 2,5 4,5 20,9 Н/О

опс. Менее Ш 29,7 ы SM

Пашня 0,1 1,3 3,6 ■. 0,8 6,5 12,2 Н/О

Тула, ' - Менее 53.7 м . Ш

Огород 0,1 * 1.« 17,1 2,7 - 10,5 31,9 1 32

Примечание: над чертой - содержание %, под чертой - концентрация мг/кг , ,

Увеличение содержания органического вещества, величины рН и ЕКО . ведет к возрастанию буферной емкости огородных почв. Это приводит к увеличению концентраций в них Ъп и РЬ, поступающих из антропогенных ис-, точников, и формированию особенностей фракционного состава элементов (Табл.6-8). При значительной антропогенной нагрузке в связывании марганца • возрастает роль'фракции, экстрагируемой ацетатом наггрия, и связанной с ор- : ганическим веществом, в связывании цинка - фракции, экстрагируемой аце- ' тагом натрия, и связанной с гидроксидами железа и марганца. При загрязне-

нии почв свинцом в иммобилизации элемента возрастает роль фракции, связанной с гидроксидами железа и марганца, увеличивается его содержание в остаточной фракции.

Фракционный состав цинка в аллювиальных почвах с различной антропогенной нагрузкой показан в Табл 9 Сравнение фракционного состава цинка в серых лесных и аллювиальных почвах (Табл.7 и 9) показывает, что в почвах поймы увеличивается содержание металла во фракции, связанной с гидроксидами железа и марганца Это обусловлено более интенсивным прохождением в гидроморфных почвах процессов гидроксигенеза, а также тем, что нейтральная и слабощелочная среда пойменных почв способствует сорбции экзогенных соединений ТМ на гидроксидах железа и марганца (Morgan J, Stumm W., 1964, Глазовская М А., 1994) с последующим переходом в окклюдированное состояние (McBnde М, 1981) или диффузией в экстремально тонкие поры минералов (Водяницкий Ю Н , Добровольский В В , 1998) Увеличение содержания цинка во фракции, экстрагируемой ацетатом натрия, является следствием формирования почв поймы на карбонатных породах и ростом содержания органического вещества

Таблица 9. Фракционный состав цинка в верхнем горизонте (0-20 см) аллювиальных почв пойиы р. Упы и р. Оки ____________________________

Участок Ех AcNa Ох Ог Rs Сумма Валовые

Пойми Упы, Ниже L2 40.6 ш 2SL2

луг чувств 12 55 14,5 54 135,5 105

Пойма Упы Ниже 6Л 2ä2 LI 51

Пашня чувств 13 57,2 12 109 191,2 225

Прирусловая пойма Ниже 11 28.1 LS Ö

Оки, травы чувств S 30,8 1.7 69 109,5 ПО

Центральная пойма Ниже il 23,1 2Л 69,8

Оки ( травы чувств 4 19,8 2,1 60 85.9 70

Притеррасная пойма Ниже 16 23.S 23. 70.2

Оки, травы чувств 3 19,8 2,3 59 84.1 70

Примечание над чертой — содержание %. под чертой - концентрация мг/кг

Увеличение концентрации цинка в пахотных почвах поймы р Упы происходит за счёт роста содержания элемента в остаточной фракции, что может быть обусловлено составом техногенных поступлений. Повышенное общее содержание железа и содержание его несиликатных форм в аллювиальных лотовых почвах р Упы приводит к росту по сравнению с аллювиальными дерновыми почвами р Оки содержания цинка во фракциях гидроксидов железа и марганца и органического вещества.

На прирусловой пойме Оки повышается количество цинка, связанного с гидроксидами железа и марганца, а также в остаточной. Наблюдается тенденция к уменьшению участия органического вещества в иммобилизации металла с приближением к руслу Оки.

3. Изучение особенностей трансформации водорастворимых солей цинка в почве и их поглощения растениями в модельном эксперименте ,

" Для" выявления роли физико-химических свойств почвы в трансформации экзогенных соединений ТМ, использовали серую лесную почву из пахотного горизонта и субстраты серой лесной почвы," полученные разбавлением её на 50 % (по массе) кварцевым песком." В полиэтиленовые сосуды'помещали по 250 г исследуемой почвы или субстрата и вносили раствор 2п(МОз)2 в трёх дозах: 25,'125-и 250 мг на сосуд (из расчёта'нагрузки 0,4 мг/см2, 2 мг/см2,и 4 мг/см2 почвы). 'Для исключения'влияния'нитрат ионов,' внесенных'вместе с цинком, их концентрация была доведена до постоянного значения во всех вариантах внесением соответствующих "количеств нитрата кальция. Эксперимент проводился в трёх повторностях. '

Добавление песка привело к следующему изменению важнейших' показателей составам свойств почвы; , - ,

Показатели — ------- Гумус, % рН - - Фракция > 0.01мм, % : фракция 0,25-1 мм, %

Исходная почва " ! -"2,1-- —5,9----— -69,2 >•• '-'•-- - -------' 0,9 —

Субстрат 1.3 5,6 ■"' 78.2 ' 'М • 42,1 '' \

;— . Исследуемую почву и субстрат инкубировали с 2п в течение месяца, после чего в сосудах были произведены-загущенные посевы овса, который выращивался в течение двух месяцев. ;Л.. .Л.'-.: 1 — . V- • Для изучения особенностей трансформации цинка почвой и его поглощения растениями в результате воздействия кислотных осадков почва регулярно поливалась водой, подкисленной до рН 3 соляной кислотой. '' ---__.' После трехмесячной инкубации по сравнению с исходной почвой при низком уровне загрязнения увеличивается процентное содержание цинка, связанного с органическим веществом;- гидроксидами Ре и Мп, и в обменной фракции; уменьшается доля 7л в остаточной фракции (рис. 2),- что связано с низким Содержанием элемента в составе кварцевого песка. При среднем уровне загрязнения доля цинка, связанного с гидроксидами Ие и Мп, не изменяется, доля металла, связанного с органическим веществом,, и в остаточной фракции - уменьшается, в обменной - увеличивается. При высоком загрязнении почвы цинком увеличивается процентное содержание цинка в мобильных фракциях и уменьшается во фракциях, связанных с органическим веществом, гидроксидами Бе и Мп, и остаточной.

Рисунок 2 Фракционный состав цинка в почве (%) после трехмесячной инкубации при разных исходных нагрузках (1 Ex, 2-AcNa, З-Ох, 4 Or, 5 - Rs Первый пик - 25 мг/сосуд, второй - 125 мг/сосуд, третии - 250 мг/сосуд)

Вместе с тем, добавление в почвы кварцевого песка и сопряженное с этим изменение физико-химических свойств не изменяет характера распределения поллютанта между фракциями по сравнению с почвой (Рис 3)

Рисунок 3. Фракционный состав цинка в субстрате (%) после трёхмесячной инкубации при разных исходных нагрузках (1-Ех, 2-AcNa, З-Ох, 4-Ог, S - Rs Первый пик -25 мг/сосуд, второй- 125 мг/сосуд, третий-250 мг/сосуд)

Таким образом, изменение экстенсивных параметров почвы в результате добавления песка (ЕКО, содержания гумуса, гранулометрического состава) не оказывает существенного влияния на механизмы трнсформации цинка, которые остаются такими же как и в случае исходной почвы При всех дозах вносимого цинка разбавление почвы песком приводит к некоторому увеличению процентного содержания обменной фракции в субстрате по сравнению с почвой (Рис. 3) Это объясняется тем, поверхность SiOi является более жестким основанием

Льюиса, чем покрытые оболочками полуторных окислов и органического вещества частицы почвы (McBride, 1989).

С ростом загрязнения почв и субстратов цинком в результате перераспределения происходит увеличение подвижных форм цинка. Этот результат в целом подтверждает ранее установленные в работе Пампуры Т.В. и др. (1993) особенности аккумуляции цинка почвами при изменяющихся дозах элемента. Из этого следует, что установленная в модельных экспериментах закономерность аккумуляции цинка при высоких уровнях загрязнения в обменных формах, носит общий характер и связана со свойствами самого металла. í

При максимальной нагрузке цинком кислотное воздействие способствует увеличению процентного содержания обменной фракции цинка и уменьшению фракции, экстрагируемой ацетатом наягрия по сравнению с почвой. При средней и низкой нагрузках поллютантом заметного влияния кислотного воздействия на фракционный состав цинка не отмечено. ' '•

. Увеличение содержания цинка в почве и в субстрате, главным образом в составе мобильных фракций, приводит к росту поступления металла в растения овса и их угнетению. Однако, уменьшение ЕКО, содержания органического вещества, увеличение содержания крупных гранулометрических' фракций в субстрате серой лесной почвы снижает буферную способность системы по отношению к ТМ. В результате растения на субстрате в целом значительно более интенсивно поглощают цинк, чем на контрольной почве (Рис.4). -

8000

8

» 7000

2

|. 6000

| 5000

I 4000 • g .3000 ' | 2000

X 1000

: 2 -о

, , Почва .■„,,.. .Субстрат Почва+кислотноевоздействие

Рисунок 4. Накопление цинка наземной биомассой овса при различной нагрузке Zn, мг/кг

Регулярный полив растений подкисленной водой способствовал значительному усилению транслокации металла в растения. Вместе с тем, снижение буферно-

• < 250 '■ 1

а 'I •1

> ' '' ■

... - -. -

125

... •., . 2 5( ш f .

—

0 25 ,, , 25 гтт, ГП Г 1............-ЕЭ— ... ■>. 0 . 25 - . I—I luí •

сти почв в результате добавления песка оказало существенно более сильное

влияние на поглощение цинка растениями, чем кислотные осадки

ВЫВОДЫ:

1 Подвижность изученных тяжёлых металлов связана с их гидролизуемостью Наиболее подвижными являются слабогидролизуемые элементы, наш&~лее подвижными — сильногидролизуемые металлы В серых лесных и аллювиальных пахотных почвах Среднерусской возвышенности происходит уменьшение содержания подвижных форм большинства тяжёлых металлов, за исключением цинка

2 Основными компонентами, аккумулирующими марганец и свинец в серых лесных почвах, являются гидроксиды Ре и Мп, в меньшей степени металлы накапливаются в первичных и глинистых минералах остаточной фракции Наибольшее количество цинка находится в составе первичных и глинистых минералов остаточной фракции В значительно меньшей степени в процессе аккумуляции исследуемых металлов участвует почвенное органическое вещество и компоненты, отдающие металлы в вытяжку ацетата натрия с рН 5 Накопление ТМ в обменной форме в незагрязненных серых лесных почвах играет незначительную роль

3 Для высокоокультуренных почв огородов, расположенных на северовосточной окраине г Тулы, характерно повышенное содержание цинка и свинца Вместе с тем, для них характерно высокое содержание гумуса и значения рН, близкие к нейтральным, что повышает буферную способность этих почв В связи с этим, основную роль в связывании марганца играет специфическая адсорбции элемента, а также органическое вещество почвы, в связывании цинка - специфическая адсорбция, гидроксиды железа и марганца, в иммобилизации свинца - гидроксиды железа и марганца

4 В аллювиальных почвах, сформированных на карбонатных отложениях и обладающих нейтральной и слабощелочной реакцией, по сравнению с серыми лесными почвами в иммобилизации цинка возрастает роль гидрокси-дов железа и марганца, происходит увеличение содержание металла в составе карбонатов и в специфически адсорбированной форме-

5 Эксперименты с серой лесной почвой и субстратом, полученным в результате добавления в неё песка, показали, что обменные процессы и специфическая адсорбция играют более существенную роль в первичном связывании водорастворимых форм цинка по сравнению с другими процессами В то же время общий характер распределения цинка в субстрате и в исходной почве сохраняется, что свидетельствует о несущественном влиянии экстенсивных свойств почв на формы нахождения металла.

6 При моделировании различных уровней загрязнения почвы и субстрата водорастворимыми соединениями цинка основная роль в прочном связывании

• элемента принадлежит гидроксидам железа и марганца, которые обладают

большим сродством к металлу по сравнению с органическим веществом. . 7. Сравнительный анализ влияния изменения физико-химических свойств почв в результате добавления песка и кислотных выпадений на поступление цинка в растения овса показал:

-изменение физико-химических свойств почвы при добавлении в неё песка, '' приводящее к уменьшению ее буферной способности, является более суще' ственным фактором, влияющим на поглощение цинка растениями, чем ки-1 слотныевыпадения; ' 1 • • ' . >

-анализ, выполненный методом последовательных селективных экстракций, позволяет установить взаимосвязь между содержанием цинка' в почве в мо: бильных фракциях (обменной и экстрагируемой ацетатом натрия при pH 5) и его поступлением в растения. " ' . ,х... > .т.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Переломов Л.В., Дмитраков ЛМ. Микроэлементы в ландшафтах лесостепи. // Тезисы докладов Международного симпозиума "Тяжёлые металлы в окружающей среде", Пущи-но, 1996г.,стр. ЗО-ЗК - . .. ...

3. Переломов Л. В., Дмитраков ЛМ. Изучение влияния физико-химических свойств почв на содержание и подвижность тяжёлых металлов методом корреляционного анализа.// Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. Москва. Издательство Московского университета, 1998г., Стр.488-492. • ' .

4. Дмитраков ЛМ., Переломов Л. В.', Ломакин Р.В. Агрогенная деградация пойменных почв . при интенсивном земледелии. // Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах.

» Москва. Издательство Московского университета, 1998г., Стр.328-332 $. Дмитраков ЛМ., Переломов Л.В., Ломакин Р.В., Соколов O.A. Изменение параметров плодородия аллювиальных почв при разной антропогенной нагрузке на агроландшафты. // Агрохимия, 1999, 4, с. 14-17,

6. Переломов Л.В., Дмитраков ЛМ. Общие вопросы оценки устойчивости почв к загрязне-~ нию тяжёлыми металлами // Материалы' международной экологической конференции

" "Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия". Часть вторая, Брянск, - 1999г.,с.203-210. ^ - ' : v . . . •. ,

7.Дмитраков ДМ., Переломов Л.В. Структура геохимических потоков тяжёлых металлов в ; пойменных агроландшафтах. Материалы международной экологической конференции ... "Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия", Часть вторая, Брянск,

1999г., с. 138-144. . *. _ , ■ . , \ ^ ." ,

8. Перепомов Л.В., Пинский ДМ., Дмитраков ЛМ. Фракционный состав тяжёлых металлов в серых лесных почвах заказника «Тульские засеки» // Материалы международного симпозиума «Функции почв в биосферно-геосферных системах», Москва, МАКС Пресс, 2001, стр.112-113 " ' " ' > г .. > . ,

9. Дмитраков ЛМ., Переломов Л.В, Фокин Д.В. О балансе тяжёлых металлов в аллювиаль-• ных почвах средней Оки. Материалы Второй Российской школы "Геохимическая экология

и биогеохимическое районирование биосферы", М.: 1999г, с.83-84.

Объем / п.л.

Зак.^ЗУ

Унряж/ОО экз.

АНО «Издательство МСХА» 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Переломов, Леонид Викторович

ВВЕДЕНИЕ

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ - 6 НА СОДЕРЖАНИЕ И ТРАНСФОРМАЦИЮ ТМ В ПОЧВАХ

1.1 .Химические свойства и функции ТМ в почвах

1.2.Масштабы и характер потоков ТМ в биосфере

1.3.Роль компонентов почвы в иммобилизация ТМ

1.4. Факторы, определяющие подвижность ТМ в почвах и их доступ- - 31 ность растениям

1.5. Процессы трансформации ТМ в почвах ' "" -35 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ -

Глава 2. ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДЫ -43 ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. Общая характеристика объектов исследований

2.2. Характеристика исследованных почв

2.3. Методика отбора образцов

2.4. Аналитические методы

2.5. Методы статистического анализа - 55 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ -

Глава 3. ОБЩЕЕ СОДЕРЖАНИЕ И СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ - 56 ФОРМ ТМ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ И АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВАХ С РАЗЛИЧНЫМ УРОВНЕМ ОКУЛЬТУРИВАНИЯ

3.1. Общее содержание ТМ в серых лесных почвах севера Среднерус- - 56 ской возвышенности с различной антропогенной нагрузкой

3.1.1. Распределение ТМ по профилю серых лесных почв

3.1.2. Общее содержание ТМ в верхних горизонтах серых лесных почв

3.1.3. Содержание подвижных форм ТМ в верхнем горизонте серых -62 лесных почв

3.2.Содержание и распределение ТМ в аллювиальных почвах севера - 66 Среднерусской возвышенности

3.2.1. Общее содережание и распределение ТМ в аллювиальных почвах

3.2.2. Содержание и распределение подвижных форм ТМ в аллювиаль- - 71 ных почвах

3.2.3. Распределение ТМ по геоморфологическому профилю поймы р. - 74 Оки

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ - 77 НА ФРАКЦИОННЫЙ СОСТАВ ТМ В СЕРЫХ ЛЕСНЫХ И АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ПОЧВАХ

4.1. Характеристика физико-химических свойств изученных образцов -79 серых лесных почв

4.2. Фракционный состав ТМ в серых лесных почвах под климаксовым - 80 сообществом

4.3. Фракционный состав ТМ в почвах агроэкосистем с различной - 82 антропогенной нагрузкой

Глава 5. ИЗУЧЕНИЕ ИММОБИЛИЗАЦИИ ЦИНКА В ПОЧВЕ И ЕГО - 98 ТРАНСЛОКАЦИИ В РАСТЕНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ НАГРУЗКАХ ЦИНКОМ В МОДЕЛЬНОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

5.1. Методика проведения модельного эксперимента

5.2.Фракционный состав ТМ в почве после месячной инкубации с нит- - 100 ратом цинка

5.3.Фракционный состав цинка в почве после трёхмесячной инкубации -107 с нитратом цинка

5.4.Влияние изменения физико-химических свойств почвы в результате - 109 внесения песка на фракционный состав цинка

5.5.Влияние кислотных выпадений на формы нахождения и функции - 111 ТМ в почве

Введение Диссертация по биологии, на тему "Формы нахождения тяжёлых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности"

Актуальность темы

Поведение и функции тяжёлых металлов (ТМ) в почвах определяются не только их концентрацией, но и формами нахождения элементов. В свою очередь локализация ТМ в тех или иных формах зависит от ряда факторов: количества и состава соединений, унаследованных от материнской породы и поступающих из антропогенных источников, взаимодействия с компонентами почв и почвенных растворов при вторичном перераспределении. Характер этих взаимодействий связан как со свойствами ионов металлов, так и с составом и свойствами почв.

Механизмы процессов трансформации ТМ в почвах весьма сложны и разнообразны (Добровольский В.В., 1983, Пинский Д.Л., 1988, 1987, Spozito G., 1989). К тому же многие из этих механизмов в почвах реализуются одновременно.

Для изучения форм нахождения ТМ в почвах-ииэценки-участия различ-, ных компонентов почвы в их связывании в последние годы широко используют методы последовательных селективных экстракций (Tessier A., et al., 1979, Zeien Н., Brummer G.W. 1991, Ure A.M. et al. 1993 и др.). Разумеется, эти методики достаточно условны и не позволяют получить истинную картину распределения ТМ в почвах по формам нахождения, поскольку они обладают рядом принципиальных недостатков. В частности, в них не предусмотрена исчерпывающая экстракция определяемых форм ТМ и фактически приходится иметь дело с некоторыми равновесными концентрациями элемента; каждая последующая экстракция все больше отдаляет почвенную систему от первоначального состояния и, следовательно, от того распределения ТМ «по формам», которое имело место до начала экспериментов. В оригинальных методиках для обозначения идентифицируемых форм авторы "часто используют термин «фракции», который мы также будем употреблять в работе.

Применительно к методу последовательнь1х-селективных^экстракций,, исходя из общих соображений, можно считать справедливыми следующие утверждения:

- чем устойчивее «форма нахождения» ТМ в почве, тем меньше она подвергается изменениям в процессе последовательных селективных экстракций;

- сравнение фракционного состава ТМ в почвах, выполненного с использованием одной методики в строго контролируемых условиях, в целом дает правильные представления об относительной устойчивости различных форм ТМ в почве и представляет значительный интерес для сравнительного изучения роли отдельных компонентов почвы в связывании металлов.

Цель исследований

Целью настоящей работы является изучение форм нахождения ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах различного использования, расположенных в северной части Среднерусской возвышенности. Задачи исследований:

1. Провести изучение общего содержания и содержания подвижных форм тяжёлых металлов в серых лесных и аллювиальных почвах Среднерусской возвышенности с различной степенью окультуривания.

2. Оценить формы нахождения ТМ в серых лесных и аллювиальных почвах методом последовательных селективных экстракций и выявить роль почвенных компонентов в иммобилизации тяжёлых металлов.

3. Изучить особенности трансформации водорастворимых соединений цинка в серой лесной пахотной почве при различных нагрузках металлом в модельном эксперименте. ^

4. Рассмотреть влияние ёмкости поглощения и кислотных осадков на трансформацию водорастворимых соединений цинка и его поглощение растениями в модельных экспериментах.

Научная новизна:

В работе впервые осуществлено сравнительное изучение форм нахождения ТМ в почвах с применением метода последовательных селективных экстракций для серых лесных и аллювиальных почЕ^^еднерусс^ой возвышенности с различным уровнем окультуривания, а также в модельных экспериментах. Анализ полученных данных позволил связать формы нахождения ТМ с особенностями генезиса почв, оценить влияние антропогенных факторов на процессы трансформации металлов. Теоретическая и практическая ценность работы

Выявлена специфика форм нахождения ТМ в типичных серых лесных, аллювиальных дерновых насыщенных и аллювиальных луговых насыщенных почвах. Показано, что в пахотных серых лесных почвах по сравнению с почвами, функционирующими в естественных условиях, уменьшается содержание подвижных форм большинства ТМ. Независимо от характера использования основными компонентами, аккумулирующими марганец и свинец в серых лесных почвах, являются гидроксиды Fe и Мп,~в~меньшей Степени металлы накапливаются в первичных и глинистых минералах остаточной фракции. Наибольшее количество цинка находится в составе первичных и глинистых минералов остаточной фракции. Изменение ёмкости поглощения почвы в результате разбавления её кварцевым песком и регулярные кислотные выпадения препятствуют иммобилизацию цинка и способствуют транслокации металла в растения.

Работа показывает возможность применения метода последовательных селективных экстракций для изучения форм нахождения и трансформации ТМ в почвах, позволяет оценить тенденции антропогенного изменения микроэлементного состава почв, обладающих различными физико-химическими свойствами. Апробация работы

Результаты исследований по теме диссертации были доложены на Международном симпозиуме "Тяжёлые металлы в окружающей среде" (Пущино, 1996 г), Международных конференциях "Проблемы антропогенного почвообразования" (Москва, 1997, 1998 гг.), Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологии на рубеже третьего тысячелетия и пути их решения" (Брянск, 1999 г.), 5-й Научно-практической конференции "Агроэкологическое обоснование теории и технологий использования разных видов удобрений и химических мелиорантов в земледелии" (Москва, 1997 г), Второй Российской школе "Геохимическая экология и биогеохимическое районирование биосферы" (Москва, 1999 г) и др. По сделанным сообщениям опубликованы тезисы докладов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 научных работ. Структура работы: Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 142 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц, 14 рисунков. Список литературы включает 199 работ, в том числе 40 зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Почвоведение", Переломов, Леонид Викторович

ВЫВОДЫ:

1. Подвижность изученных тяжёлых металлов связана с их гидролизуемостью. Наиболее подвижными являются слабогидролизуемые элементы, наименее подвижными - сильногидролизуемые металлы. В серых лесных и аллювиальных пахотных почвах Среднерусской возвышенности происходит уменьшение содержания подвижных форм большинства тяжёлых металлов, за исключением цинка.

2. Основными компонентами, аккумулирующими марганец и свинец в серых лесных почвах, являются гидроксиды Fe и Мп, в меньшей степени металлы накапливаются в первичных и глинистых минералах остаточной фракции. Наибольшее количество цинка находится в составе первичных и глинистых минералов остаточной фракции. В значительно меньшей степени в процессе аккумуляции исследуемых металлов участвует почвенное органическое вещество и компоненты, отдающие металлы в вытяжку ацетата натрия с рН 5. Накопление ТМ в обменной форме в незагрязненных серых лесных почвах играет незначительную роль.

3. Для почв огородов, расположенных на северо-восточной окраине г. Тулы, характерно повышенное содержание цинка и свинца. Вместе с тем, для них характерно высокое содержание гумуса и рН, чтоиовышает буферную способность этих почв. В связи с этим, основную роль в связывании марганца играет специфическая адсорбции элемента, а также органическое вещество почвы; в связывании цинка - специфическая адсорбция, гидроксиды железа и марганца; в иммобилизации свинца - гидроксиды железа и марганца.

4. В аллювиальных почвах, сформированных на карбонатных отложениях и обладающих нейтральной и слабощелочной реакцией, по сравнению с серыми лесными почвами в иммобилизации цинка возрастает роль гидроксидов железа и марганца, происходит увеличение содержание металла в составе карбонатов и в специфически адсорбированной форме.

5. Эксперименты с серой лесной почвой и субстратом, полученным в результате добавления в неё песка, показали, что обменные процессы и специфическая адсорбция играют более существенную роль в первичном связывании водорастворимых форм цинка по сравнению с другими процессами. В то же время общий характер распределения цинка в субстрате и в исходной почве сохраняется, что свидетельствует о несущественном влиянии экстенсивных свойств почв на формы нахождения металла.

6. При моделировании различных уровней загрязнения почвы и субстрата водорастворимыми соединениями цинка основная роль в иммобилизации элемента принадлежит гидроксидам железа и марганца, которые обладают большим сродством к металлу по сравнению с органическим веществом.

7. Сравнительный анализ влияния изменения физико-химических свойств почв в результате добавления песка и кислотных выпадений на поступление цинка в растения овса показал:

-изменение физико-химических свойств почвы при добавлении в неё песка, приводящее к уменьшению ее буферной способности, является более существенным фактором, влияющим на поглощение цинка растениями, чем кислотные выпадения;

-анализ, выполненный методом последовательных-ееяективньигэкстракций, позволяет установить взаимосвязь между содержанием цинка в почве в мобильных фракциях (обменной и экстрагируемой ацетатом натрия при рН 5) и его поступлением в растения.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Переломов, Леонид Викторович, Пущино

1. Агрохимические методы исследования почв. Издание 5-е.М.: Наука, 1975, 656 с.

2. Адерихин П.Г., Копаева М.Т. Марганец, цинк, медь и кобальт в илистой фракции почв ЦЧО. // Агрохимия, 1979, №1, стр.90-94.

3. Акулъшина Е.А. Железо и марганец в почвах поймы р. Клязьмы. // Почвы речных долин и дельт, их рациональное использование и охрана. Тезисы докладов Всесоюзной конференции. М., Изд-во Московского университета, 1984, стр. 117-118.

4. Александрова JI.H. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. JL: Наука, 1980,288 с.

5. Алифанов В.М. Палеокриогенез и современное почвообразование—Пущине, ОНТИ ПНЦ РАН, 320 с.

6. Алексеев Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиздат, 1987,141 с.

7. Анталова С., Моцик А., Пинский Д.Л., Душкина Л.Н. Исследование поведения кадмия в системе почва растения в полевых экспериментах. В сб. Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах, Пущино, ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1990,134 е., стр. 90-97.

8. Афанасьева Т.В., Василенко В.И., Терёшина Т.В., Шеремет Б.В. Почвы СССР. М.: Мысль , 1979, 380 с.

9. Ахтырцев Б.П. Серые лесные почвы Центральной России. Воронеж, Изд-во ВГУ, 1979,232 с. ~~

10. Ачкасов А.И., Сает Ю.Е., Саркисян С.Ш., Трефилова Н.Я., Чаплин В.А. И И Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. Тезисы докладов. Пущино, 1984, ОНТИ НЦБИ, Стр. 15-17.

11. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. Механистический подход. Москва, ВО "Агропромиздат", 1988,376 с.

12. Башкин В Н., Моцик А. Устойчивость биогеохимической структуры агроландшафтов в условиях интенсивного антропогенеза. // Загрязняющие вещества в окружающей среде. Братислава, Природа, 1991, стр.139-195.

13. Бендерский Р.Н. Содержание и распределение микроэлементов : Си. Zn. Мп. Со в почвах юго-западной части лесостепи УССР.В кн. Микроэлементы в окружающей среде / Под ред. П.А. Вдасюка, Киев : Наукова думка, 1980, 268 с, стр. 58-60.

14. БергЛ.С. Географические зоны Советского Союза, М.: Географгиз,1952, т.2, 510 с.

15. Бериня Д.Ж., Берзиня А.Я. Воздействие выпадений цементного завода на почву и растения. // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. Тезисы докладов. Пущино, 1984, ОНТИ НЦБИ , стр.31-33.

16. Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества. Том 1. М.: Мир, 1989,667 с.

17. Большаков В.А., Гальпер Н.Я., Клименко Г.А., Лыткина Т.И., Башта Е.В. Загрязнение почв и растительности тяжёлыми металлами. М., 1978, 52 с.

18. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах, М.: Изд-во АН СССР, 1957,237 с.

19. Воробьёв С.А., Егоров В.Е., Киселёв А.Н., Долгов С.И., Доспехов Б.А. Практикум по земледелию. М., Колос, 1971, 311с.

20. Гедройц К.К., Избранные сочинения. Т.1. Почвенные коллоиды и поглотительная способность почв. М., ГИСЛ, 1955, 559 с.

21. Гелетюк Н.И., Золотарёва Б.Н. Использование метода беспламенной атомно-абсорбционной спектроскопии для анализа проб различных компонентов биосферы. Пущино, Препринт, 1980,25 с.

22. Глазовская МЛ. Технгенез и проблемы ландшафтно-геохимического районирования. // Вестник МГУ, Сер. География, 1968, № 1, стр. 30-36.

23. Глазовская М.А. Критерии классификации почв по опасности загрязнения свинцом. // Почвоведение, 1994, № 4, стр. 110-120.

24. Глазовская М.А. Методологические основы оценки эколого-геохимической устойчивости почв к техногенным воздействиям. М.: Изд-во Московского университета, 1997, 102 с.

25. Данилов Н.И. Микроэлементы в погребённом чернозёме траянского вала и пашенном чернозёме карбонатном.- В кн. Микроэлементы в сельском хозяйстве Молдавии, Кишинёв, 1977, стр. 37-39.

26. Дерий И.Г., Дерий С.И. Содержание микроэлементов у древесных растений. В кн. Микроэлементы в окружающей среде / Под ред. П.А. Власюка, Киев : Наукова думка, 268 с, стр. 135-141.

27. Дмитраков Л.М., Соколов О.А. Изменение пойменных почв при усилении антропогенной нагрузки. // Почвоведение, 1997, № 8, стр. 988-993.

28. Дмитраков Л.М., Переломов Л.В., Ломакин Р.В., Соколов О.А. Изменение параметров плодородия аллювиальных почв при разной антропогенной нагрузке на агроландшаты // Агрохимия, 1999, № 4, стр. 14-17

29. Дмитриев М.Т., Казнина Н.И., Паничина И.А. Санитарно-химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде. Справочное издание.М.: Химия, 1989, 368 с.

30. Добровольский В. В. Тяжёлые металлы : загрязнение окружающей среды и глобальная геохимия. В кн. Тяжёлые металлы в окружающей среде. М.: Изд-во МГУ, 1980, стр.З-11.

31. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние.-М.: Мысль, 1983, 272 с.

32. Добровольский В.В. Проявление зональности в минеральном веществе биосферы. // Почвоведение, 1996, № 2, стр. 159-166.

33. Добровольский В.В. Биогеохимические циклы тяжёлых металлов и регуляторная роль почв. // Почвоведение, 1997, № 4, стр. 431-441.

34. Добровольский В.В. Высокодисперсные частица почв как фактор массопереноса ТМ в биосфере. // Почвоведение, 1999, №11, стр. 1309-1317.

35. Добровольский Г.В. Поймы рек как ландшафты высокой-гош^нвсти жизнен интенсивно-, го почвообразовательного процесса.// Биологическая продуктивность и круговорот химических элементов в растительных сообществах. Л., 1971.

36. Добродеев О.П. Техногенез мощная геохимическая сила биосферы. // Природа, 1978, 11,стр. 88-92.

37. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.: Колос, 1973, 336 с.

38. Другое Ю.С., Берёзкин В.Г. Газохроматографический анализ загрязнённого воздуха. М., Химия, 1981,254 с.

39. Дьери Д., Зырин Н.Г. Особенности динамики марганца, кобальта, меди, цинка и молибдена в системе почва-растение // Агрохимия, 1965, № 2, стр.87-97.

40. Елпатьевский П.В. Геохимия миграционных потоков в природных и природно-техногенных геосистемах. М., Наука, 1993,253 с.

41. Жучкова В.К., Шульгин A.M. Русская равнина. В кн. Физико-географическое районирование СССР. Характеристика региональных единиц./ Под ред. Гвоздецкого Н.А., М., Изд-во МГУ, 1968, 576 с. стр. 55-118.

42. Золотарёва Б.Н., Скрипниченко И.И. Геохимические аспекты мониторинга ТМ в почвах. // Региональный экологический мониторинг. М.: Наука, 1983, стр. 93-114.

43. Золотарёва Б.Н., Рындина Т.И., Дмитраков JI.M., МиранепкгГЛ.М. Оптимизация факто-' ров плодородия и биопродуктивности орошаемых пойменных почв. (Гумусное состояние пойменных почв в интенсивном земледелии). Пущино, 1986, 35 с.

44. Золотарёва Б. Н., Остроумов В.Е. Геохимическая структура внеландшафтных потоков тяжёлых металлов в Верхнеокском бассейне. // Тяжёлые металлы в окружающей среде. Тезисы докладов международного симпозиума. Пущино, 1996, стр. 103-105.

45. Зырин Н.Г., Стоилов Г.П. Использование методов проростков для определения подвижности микроэлементов в почвах и оценки химических методик. // Агрохимия, 1964, 7, с.74-79.

46. Зырин Н.Г., Стоилов Г.П. Ещё о возможности использования метода проростков для определения подвижности микроэлементов в почвах. // Агрохимия, 1965,6, с. 119-128

47. Зырин Н.Г., Титова А.А. Применение анализа проростков для определения доступного растениям кобальта в почвах и оценки некоторых методов экстракции. // Вестник Московского университета, Серия 6 Биология , Почвоведение, 1970, 3, с.67-72.

48. Зырин Н.Г., Большаков В.А., Пацукевич З.В. Микроэлементы в почвах и использование микроудобрений в виноградарстве. М.: Изд-во МГУ, 1972, 270 с.

49. Зырин Н.Г., Чеботарёва Н.А. К вопросу о формах соединений меди, цинка и свинца в почвах и доступность их для растений // Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. М., 1973, стр. 350-386.

50. Зырин Н.Г., Сердюкова А.В., Соколова Т.А. Сорбция свинца и состояние поглощённого элемента в почвах и почвенных компонентах.// Почвоведение, 1986, № 4, стр. 39-44.

51. Изучение загрязнения окружающей среды и его влияния на биосферу. JL: Гидрометео-издат, 1986.

52. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжёлым металлам // Агрохимия, 1995, 10, стр. 109-113.

53. Импактное загрязнение почв металлами и фторидами. Под ред. Зырина Н.Г. и др. JI.: Гидрометеоиздат, 1986, 162 с. "

54. Кабата-Пендиас А., ПендиасХ. Микроэлементы в почвах и растениях, М.: Мир, 1989, 439с.

55. Караваева Н.А., Жариков С.Н., О проблеме окультуривания почв. // Почвоведение, 1998, стр. 132-1338.

56. Карандеева М.В. Геоморфология европейской части СССР.М.:1957.

57. Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Самонова О.А. Подвижные формы тяжёлых металлов в почвах лесостепи Среднего Поволжья ( опыт многофакторного регрессионного анализа ). // Почвоведение, 1995, № 6, стр. 705-713.

58. Качур А.Н., Савченко JI.A. Биогеохимические техногенные аномалии. В сб. Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине. Тезисы докладов 11 Всесоюзной конференции, Самарканд, 1990, 557с., стр.36-37.

59. Ковальский В.В., Андрианова Г.А. Микроэлементы в почвахСССР, Удан^Удэ, Бурятское книжное издательство, 1968, 56 с.

60. Ковальский В.В. Геохимическая экология.М.Наука, 1974, 300с.

61. Ковальский В. В. Геохимическая экология основа системы биогеохимического районирования. // Тр. Биогеохим. лаб.АН СССР, 1978, т. 15, стр.3-21.

62. Ковда В.А., Якушевская И.В., Тюрюканов А.Н. Микроэлементы в почвах Советского Союза. Изд-во Моск. Ун-та, 1959,66 с.

63. Ковда В.А. Биосфера и почвенный покров.// Тр. Биогеохим. лаб. АН СССР, 1979, т. 17, стр.46-54.

64. Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова, М.: Наука,1985, 265 с.

65. Ковда В.А., Учватов В.П. Геохимические потоки микроэлементов в агроландшафтах центра ETC. // Доклады АН СССР, 1988, Т.302, № 1, стр. 211-214.

66. Конищев В.Н. Формирование состава дисперсных пород в криолитосфере. Новосибирск, Наука, 1981,197с. ---- " ""

67. Копия отчёта о НИР Обзор загрязнения почв Советского Союза в 1974 г. (заключи80