Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Мониторинг почв и растительной продукции по содержанию тяжелых металлов на юге Тюменской области

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Мониторинг почв и растительной продукции по содержанию тяжелых металлов на юге Тюменской области"

На правах рукописи

□0305835Б

КВАШНИНА Юлия Анатольевна

МОНИТОРИНГ ПОЧВ И РАСТИТЕЛЬНОЙ ПРОДУКЦИИ ПО СОДЕРЖАНИЮ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА ЮГЕ ТЮМЕНСКОЙ

ОБЛАСТИ

Специальность 06 01 03 - Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Тюмень-2007

003058356

Практическая значимость. Результаты данной работы могут быть использованы как основа для дальнейшего локального и сплошного мониторинга почв и зерна на содержание ТМ На основе анализа агрохимического обследования были выявлены геохимические провинции с избытком или дефицитом некоторых химических элементов, что позволит в последующем целенаправленно вести разработку профилактических мероприятий по устранению негативных последствий природного и техногенного воздействия ТМ Fia растения, животных и человека

Положения, выносимые на защиту:

- оценка источников поступления ТМ в почву,

- качественная и количественная характеристика распределения валовых и подвижных форм ТМ в основных типах почв юга Тюменской области,

- оценка содержания ТМ в растительных образцах и их способность к поглощению

Апробация работы Главные положения работы доложены на вузовских, городских, региональных, Всероссийских и международных конференциях

40-ой Международной научной конференции «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» (Москва, ВНИИА им Д H Прянишникова, 2006),

IV Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Казахстан, Семипалатинск, 2006),

Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (Тюмень, ТюмГАСУ, 2006),

Городской конференции «Окружающая среда» (Комитет по экологии администрации г Тюмени, 2006)

Личное участие. Материалом для диссертации послужили собственные полевые и лабораторные исследования, а также сбор и обобщение данных химических показателей ФГУ государственных станций агрохимической службы «Тюменской» и «Ишимской»

Публикации. Основные результаты исследований данной работы были опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 1 статья в изданиях рекомендованных ВАК РФ

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 125 страницах печатного текста Работа состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, выводов Работа иллюстрирована 30 таблицами и 15 рисунками, в приложении 37 таблиц и 1 рисунок Список литературы включает в себя 106 источников, в том числе 7 работ зарубежных авторов

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д с -х н , профессору, зав кафедрой экологии ТюмГАСУ Скипину JI H , а также ди-

ректору ФГУ ГСАС «Тюменская» Горину К А и всем сотрудникам станции за помощь в проведении исследований

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение

В данной главе дано обоснование актуальности, новизны и практической значимости работы Поставлены цели и задачи исследования, а также положения, выносимые на защиту

1 Обзор литературы

В разделе дано представление о том, в каких случаях химический элемент рассматривается как микроэлемент, а в каких как токсикант — тяжелый металл Проведен анализ литературных данных российских и зарубежных авторов, работающих над проблемой загрязнения почвенного покрова, атмосферных осадков, грунтовых и поверхностных вод, а также растительной продукции такими тяжелыми металлами как цинк, медь, кадмий и свинец

2 Условия и методы исследовании 2.1 Климат

Климат исследуемого района характеризуется суровой зимой, теплым, но не продолжительным летом, короткими переходными периодами Продолжительность дня в летние месяцы составляет 15-18 часов Среднемесячная темпе ратура в июне - августе +16,0°С Господствующие ветра юго-западного направления Годовое количество осадков составляет 400-450 мм Максимальный слой снега наблюдается в феврале — марте и на защищенных от ветра местах составляет 38-44см Почвы начинают промерзать с 11 ноября и промерзают на глубину 103 см Полное оттаивание почвы наблюдается в середине мая

2.2 Условия почвообразования юга Тюменской области

На Тюменскую область приходится 60% территории Западной Сибири, что составляет 143,5 млн га Протяженность области с севера на юг более 2000 км и с запада на восток около 1400 км Почвообразующими породами юга области являются озерно-аллювиальные отложения различных возрастов, преимущественно средние и тяжелые суглинки Вся территория юга Тюменской области разделена на почвенно-географические зоны таежно-лесную и лесостепную Таежно-лесная зона представлена следующими подзонами I Южно-таежная (районы Уватский, Тобольский, Вагайский) II Подтаежная (районы Нижнетавдинский, Ярковский, Юргинский, Аромашевский, Сорокинский, Викуловскин)

Лесостепная зона представлена следующими подзонами

III Северная лесостепная (районы Тюменский, Исетский, Ялуторовский, Заводоуковский, Упоровский, Омутинский, Голышмановский, Ишимский, Абатский)

IV Южная лесостепная (районы Армизонский, Бердгожский, Казанский, Сладковский)

По данным на 1 01 2005 г площадь пашни составила 1505528 га, выделено 3 зоны сельскохозяйственного районирования южно-таежная — 108913 га, подтаежная - 349620 га, лесостепная — 1046996 га

2.3 Методы исследований

Работа охватывает агрохимическое обследование с 2000 по 2005 гг Исследования проводились в сельскохозяйственной зоне Тюменской области Химические анализы были выполнены в токсикологическом отделе ИЛ ФГУ ГСАС «Тюменская», «Ишимская» Использовались две формы мониторинга сплошной (общий) и локальный (местный) Для контроля загрязнения отбор проб почв, атмосферных осадков и растений проводились ежегодно Почвы отбирали ранней весной до начала полевых работ, снег - ранней весной, растения - осенью перед уборкой урожая Отбор проб проводился согласно утвержденных методик Госагрохимслужбы РФ

Определение подвижных форм тяжелых металлов в образцах почвы проводилось согласно методик утвержденных МСХ РФ и принятых к исполнению в испытательных лабораториях системы ГОСТ Р по ГОСТ 26932-96 и ГОСТ 26933-96 Извлечение подвижных форм проводилось ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН=4,8 по методу H К Крупского и A M Александровой Определение валовых форм ТМ в образцах почвы и растений проводилось согласно методики М-МВИ-80-2001 Для извлечения валовых форм ТМ применяли метод мокрого озоления универсальным окислительным реагентом - смесью азотной кислоты и перекиси водорода в аналитическом автоклаве НПВФ «АНКОН-АТ-2» согласно методики утвержденной МСХ и П РФ Химический анализ по определению количественного содержания ТМ проводился атомно-абсорбционном методом на спектрофотометре AAS-3

Первичный материал обработан математически с использованием статистических показателей на ПК (Microsoft Excel), методов рекомендованных Дос-пеховым, а также коэффициентов биологического поглощения Kg, химического загрязнения К0, техногенной концентрации химического вещества Кс, подвижности ТМ Кп, суммарный показатель загрязнения Zc

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

3 Формы нахождения тяжелых металлов и источники загрязнения ими

почв

С целью своевременного установления негативного влияния антропогенной деятельности нами сравнивались земли сельскохозяйственного назначения

и урбанизированные В работе проведена оценка атмосферных осадков на ре-перных участках, территорий некоторых промышленных предприятий, расположенных непосредственно в городе Тюмени и полей прилегающей к автомагистралям федерального значения с высокой транспортной нагрузкой

Мониторинг содержания тяжелых металлов в снеге. Проводился на ре-перных участках в период с 1998 по 2005 гг Исследования показали, что поступления цинка со снегом были незначительны и составили 0,03-0,42 мг/л при ПДК 5,00 мг/л Содержание меди в снеге не превышало ПДК 1,00 мг/л, но в Исетском (Кс=2,8), Омутинском (Кс=4,8), Тюменском (Кс=5,5), Вагайском (К,;=2,б), Нижнетавдинском (Кс=4,9) и Ярковском (Кс=6,5) районах аккумуляция была выше принятых фоновых значений 0,013 мг/л Из 18 административных районов в 10 отмечалось превышение ПДК по кадмию 0,001 мг/л в 1,1-4,5 раза Концентрация свинца в снежном покрове была низкой, превышений ПДК 0,03 мг/л не отмечалось, но в 9 районах наблюдалось превышение фона 0,015 мг/л в 1,5-2 раза

Мониторинг территорий промышленных предприятий. В рамках осуществления экологического контроля санитарных зон промышленных предприятий в 2002 г был проведен мониторинг почв на содержание подвижных форм Сс1 и РЬ Территория ОАО «Тюменского аккумуляторного завода» относится к категории загрязнения почв «чрезвычайно опасной», концентрация РЬ превышает фоновые значения 1,48 мг/кг в 675, а величину ПДК 6,00 мг/кг в 166 раз Очевидно, что высокая степень загрязнения РЬ обусловлена спецификой производства, в частности, литьем свинцовых пластин для аккумуляторов Территория завода «Пластмасс» подвержена загрязнению от «умеренно опасной» до «опасной» категории В пробе, взятой непосредственно на территории завода, суммарный коэффициент загрязнения равен 70,73, что соответствует «опасному» загрязнению почвы В пробах взятых на расстоянии 5-20 м от предприятия загрязнение почвы соответствует категории «умеренно опасной», а на расстоянии 1 км, почва уже относительно чисгая и относится к категории «допустимое» загрязнение Промышленная зона ОАО «Тюменские моторостроители», по суммарному показателю, относится к уровню «допустимого» загрязнения, однако, содержание С<3 на территории и в санитарной зоне данного завода недопустимо высоко в некоторых пробах Кс доходит до 70

Мониторинг территорий прилегающих к автомагистралям. В Тюменской области обследования автомобильных дорог по загрязнению экотоксикан-тами не проводилось, не изучены возможности их накопления при различной удаленности от оси автомагистрали, не установлена возможность хозяйственного использования земель на прилегающей территории

Мониторинг центральных улиц города вблизи проезжей части с высокой автотранспортной нагрузкой показал, что содержание РЬ в образцах почвы в 76% объема выборки превышает фоновые значения 1,48 мг/кг, и в 69% выше принятого уровня ПДК 6,00 мг/кг Наличие Сс1 в урбаноземах города, располо-

женных вблизи автомагистралей в 62% всей выборки выше фоновой концентрации 0,06 мг/кг

В 2004 г был проведен химический анализ почвенных образцов на содержание подвижных форм Сс1 и РЬ, как наиболее высокоопасных загрязнителей, с целью провести в условиях юга Тюменской области экологическую оценку территорий прилегающих к автомагистралям федерального значения Точки отбора находились в 20 и 100 метрах от оси магистрали, по направлениям Тю-мень-Ишим (ЮВ), Тюмень-Тобольск (СВ) В целом исследования показали, что техногенная нагрузка по выбросам ТМ на автомагистрали Тюмень-Ишим про-ярляется сильнее, чем на трассе Тюмень-Тобольск Это явление, очевидно, следует увязывать с более поздним вводом в эксплуатацию последней и лучшим состоянием дорожного полотна

Содержание РЬ на расстоянии 20 и 100 м от оси автомагистралей Тк>-мень-Ишим и Тюмень-Тобольск, чаще всего, соответствует категории загрязнения, как «допустимое» Его наличие свыше ПДК было отмечено на автозаправочной станции поселка Омутинский, что соответствует категории загрязнения как «умеренно опасное» Загрязнение почвы С<3 придорожной части изучаемых автомагистралей категории «допустимое» было отмечено только для городской черты Тюмени, автозаправочной станции поселка Омутинский и автокемпинга деревни Усалка

В 2003 г нами были исследованы сельскохозяйственные угодья, расположенные в непосредственной близости от шоссе Московский тракт в г Тюмени с целью выявить закономерности распределения ТМ в почве, в зависимости от присутствия защитной лесополосы, удаленности точки отбора пробы от дороги и интенсивности движения автомобилей по трассе Полученные результаты позволяют сделать выводы, что на расстоянии 0-50 м от дороги концентрация ТМ значительно выше, чем на расстоянии 50-100 м, чем дальше от города бы па расположена точка отбора, тем меньше в ней ТМ В образцах почвы, отобранных на поле с защитной лесополосой, содержание ТМ было в 2 раза ниже, чем на незащищенном поле

4 Сплошной и локальный мониторинг почв юга Тюменской области по содержанию тяжелых металлов

Сплошной мониторинг почв. В современных условиях при изучении процессов происходящих в экосистеме возникает проблема нахождения естественных уровней содержания изучаемых элементов и их соединений В рамках контроля за состоянием почвенного покрова юга Тюменской области ежегодно проводится экологический мониторинг

Концентрация подвижных форм ТМ на территории области за годы исследований (2000-2004 гг) была невысока и превышений ПДК не наблюдалось, загрязнение почв оценивалось как «низкое»

Таблица 1 - Характеристика почв юга Тюменской области по содержанию __ тяжелых металлов (1994-2004 гг)_____

Район Общая пчощадь, тыс га<'% Цинк Медь Кадмий Свинец

ПДК - 23 мг/кг ПДК - 3 мг/кг ПДК - 0,5 мг/кг ПДК - 6 мг/кг

<0 5 0 5-1 <0 5 0 5-1 <0 5 0 5-1 <0 5 0 5-1

Тобольский 27,7 100 19,3 70 8,4 30 19,6 71 8 1 29 27,7 100 нет 27,0 97 0,7 3

Вагайский 41,3 100 28,9 70 12,4 30 25,7 62 15,6 38 41,3 100 нет 40,3 98 1,0 2

Нижнетав-динский 85,0 100 75 2 88 9,8 12 27,4 32 57,6 68 85 0 100 нет 66,2 78 9,0 11

Ярковский 22,6 100 18,3 81 4,3 19 6,5 29 16 0 71 22,6 100 нет 18,1 80 36 16

Юргинский 66,0 100 64 5 98 1,5 2 35,0 53 31,0 47 66 0 100 нет 57,8 88 8,2 12

Тюменский 152,2 100 91,4 60 57,5 38 92,1 61 60,0 39 152,2 100 нет 112,2 74 40 26

Исетский 161 9 100 138,9 86 23,0 14 103,5 64 58,4 36 161 9 100 нет 153,3 95 8,6 5

Ялуторовский 105 6 100 85,5 81 20,1 19 45 6 43 71,3 68 52,8 50 52,8 50 33,2 31 72,4 69

Заводо-уковский 256,0 100 243,4 95 12,3 5 149,9 59 106,1 41 256,0 100 нет 247,9 97 8,1 3

Упоровский 141,9 100 131 5 93 10,4 7 102,7 72 39,2 28 141 9 100 нет 137,4 97 4 5 3

Омутин-ский 81 7 100 79,9 98 1,8 2 38,7 47 43,0 53 81,7 100 нет 75,0 92 6,7 8

Голышча-новский 38,2 100 38,2 100 нет 38,2 100 не! 38,2 100 нет 38,2 100 нет

Ишимский 53 6 100 53,6 100 нет 53 6 100 нет 53 6 100 нет 53 6 100 нет

Абатский 17,0 100 17,0 100 нет 17,0 100 нет 17,0 100 нет 17,0 100 нет

Армизон-ский 4,6 100 4 6 100 нет 4 6 100 нет 4,6 100 нет 4,6 100 нет

Бердюж-ский 60 100 6,0 100 нет 60 100 нет 6,0 100 не г 6,0 100 нет

Казанский 51,4 100 51,4 100 нет 51 4 100 нет 51,4 100 нет 51,4 100 нет

Сладков-ский 94 8 100 94,8 100 нет 94,8 100 нет 94,8 100 нет 94,8 100 нет

Аромашев-ский 85 0 100 85,0 100 нет 85 0 100 нет 85,0 100 нет 85,0 100 нет

Викулов-ский 56,4 100 56,4 100 нет 56 4 100 нет 56,4 100 нет 56,4 100 не г

Сорокин-ский 33,6 100 33,6 100 нет 33,6 100 нет 33,6 100 нет 33,6 100 нет

ИТОГО 1582,5 100 1417,4 90 161,5 10 1087,3 68 506,3 32 1529,7 97 52,8 3 1409 90 162,8 10

Примечание верхнее значение показывает площадь в га, нижнее значение - площадь в % от общей площади

Средние значения металлов составили 2п=0,62+0,19 мг/кг, (ПДК 23,00 мг/кг), Си=0,27±0,08 мг/кг, (ПДК 3,00 мг/кг), Сс1-0,06+0,02 мг/кг, (ОДК 0,50 мг/кг), РЬ=1,03+0,31 мг/кг, (ПДК 6,00 мг/кг) Почвы исследуемого региона по экологической оценке относятся к «чистым» (табл 1)

При проведении сплошного агрохимического обследования почв было обнаружено низкое содержание микроэлементов - меди (на 68% площадей) и цинка (на 90% площадей) Анализ соотношения валовых и подвижных форм показал, что только 1-6% от общего содержания этих элементов переходят в доступную для растений форму На территории Ялуторовского района наблюдается превышение фона по Сс1 (0,06 мг/кг), его значение составляет 0,18 мг/кг Анализ соотношения валовых и подвижных форм С(1 показал, что его подвижная часть составляет в среднем 10% от валового содержания с амплитудой колебания результатов 7-38% На территории Юргинского района отмечено высокое содержание РЬ = 3,04 мг/кг, что больше 0,5 ПДК при ПДК 6,00 мг/кг, а в районах Нижнетавдинский, Тобольский, Ярковский, Тюменский, Исетский, Армизонский его концентрация выше фона (1,48 мг/кг) Это можно объяснить геохимически сложившимися условиями юга Тюменской области, однако определенное влияние оказывает и техногенная нагрузка По территории районов с повышенным содержанием РЬ проходят автомагистрали и железные На содержание ТМ в почвенном покрове также оказывает влияние техногенный след Свердловской и Курганской областей. По РЬ доля подвижных форм ниже, чем по С<1, хотя амплитуда колебаний столь же высока - от 2% до 31% его валового содержания

Сложившееся экологическое состояние почв юга области по содержанию ТМ в почве отражено нами в составленных картограммах Они свидетельствуют, что наибольшее количество ТМ находятся на западе области и их количество убывает к востоку Это обусловлено геохимическими условиями данного региона, а также трансграничным переносом ингредиентов из Свердловской области Сравнивая полученные результаты по почвенно-географическим зонам, то заметно убывание ТМ с севера на юг

Сплошной мониторинг дает лишь общую картину распределения ТМ по югу области Для легального изучения содержания ТМ был проведен локальный мониторинг почв по реперным участкам на содержание валовых и подвижных форм ТМ

Локальный монигориш. Валовые формы тяжелых металлов. Мониторинг содержания ТМ показал слабую загрязненность территории юга Тюменской области исследуемыми химическими веществами Среднее содержание по всей зоне обследования общего 2п=41,36+12,40 мг/кг, Си=15,49±4,64 мг/кг, Сс1=0,32±0,09 мг/кг и РЬ=9,86_К>,95 мг/кг Содержание каждого из элементов находится на близком к естественному незагрязненному уровню, но превышение фона почв мира все же присутствует, что говорит о накоплении ТМ в почве, связанное, с антропогенной деятельностью Для определения наибольшего

содержания ТМ, анализ экотоксикантов велся по типам почв часто встречающихся на юге области серая лесная, лу! овая, аллювиальная, а также чернозем выщелоченный По результатам проведенных исследований наибольшие концентрации валовых форм ТМ в серой лесной почве, далее следует луговая, чернозем и аллювиальная Данные по содержанию ТМ в серой лесной почве на 14 реперных участках представлены в табл 2

Таблица 2 - Среднее содержание валовых форм тяжелых металлов в серых лес__ных почвах за 2000-2004 гг, мг/кг____

№ репера район индекс почв гп Си Сё РЬ

25 Вагайский Л3 34,78 10,36 0,57 7,34

19 Н-Тавдинский л2 46,79 14,85 0,37 9,54

14 Омутинский Л3 53,73 18,55 0,52 17,27

29 Тюменский л, 65,96 5,58 0,16 8,26

30 Тюменский Л3 42,30 14,80 0,17 8,86

26 Тюменский л2 40,61 14,56 0,28 13,64

03 Тюменский Л3 38,55 12,15 0,37 13,09

22 Упоровский Л3 47,24 18,21 0,27 12,52

28 Ярковский л, 38,00 14,11 0,37 9,79

06 Ярковский л. 46,93 20,76 0,37 13,14

3 Сорокинский л2 38,77 17,95 0,36 11,43

7 Голышмановский Л, 36,32 15,89 0,31 9,73

8 Аромашевский л2 46,57 20,69 0,33 11,11

12 Абатский л2 48,25 18,00 0,33 10,41

Кларк (по Виноградову) 45,00 14,00 0,60 17,00

ФОН (почвы мира) 50,00 20,00 0,50 10,00

ПДК 100,0 55,00 1,00 30,00

В 1А почв реперных участков по цинку превышение кларкового уровня По агрохимической шкале обеспеченности микроэлементами его содержание повышенное и высокое для группы растений с невысоким выносом микроэлементов из почвы Наибольшее значение цинка - 65,96 мг/кг (репер № 29 - Тюменский район), что ниже ПДК, но выше других используемых нормативов Значительная часть остальных результатов ниже ПДК, фоновых и кларковых концентраций На 11 реперах отмечалось превышение кларка по меди Наибольшее встречаемое ее значение - 20,76 мг/кг характерно для реперного участка № 06 Ярковского района Получившиеся результаты можно объяснить обогащенно-стыо материнских пород медью и цинком, данная особенность характерна для почв юга Западной Сибири Кадмий находится на уровне 0,16-0,37 мг/кг, что ниже используемых нормативов Наибольшее встречаемое значение — 0,57 мг/кг (реперный участкок № 25 Вагайского района), что в 1,8 раз ниже ПДК, в

1,1 раз выше фона Наибольшее содержание свинца замечено на реперном участке № 14 (Омутинский район) - 17,27 мг/кг, что выше фона и кларка, но ниже ПДК На 8 из 14 участках его значение выше фона, на одном - выше кларка

Крагных превышений мирового фона и кларка по Виноградову не выявлено Аномальных отличий по концентрации ТМ в других исследуемых типах почв не наблюдалось Содержание всех изучаемых химических элементов обнаружены в пределах фоновых концентраций, что свидетельствует об отсутствии геохимических и антропогенных загрязнений исследуемых территорий

Подвижные формы тяжелых металлов. Большое значение при изучении ТМ в почве имеют сведения об их мобильности, способности переходить из состава твердой фракции в жидкую Для прогноза изменений состояния почв по накоплению миграции и трансформации ТМ необходимо учитывать как валовые, прочносвязанные, недоступные для дальнейшего перемещения формы, так и подвижные водорастворимые По содержанию подвижных форм ТМ почвы располагаются в следующем убывающем порядке наибольшие концентрации в серой лесной почве, ниже в аллювиальной, далее луговая и чернозем В качестве примера рассмотрим реперные участки богатой ТМ серой лесной почвы (табл 3)

Табпица 3 - Среднее содержание подвижных форм тяжелых металлов в серых лесных почвах за 2000-2004 гг , мг/кг_

№ репера район индекс 2п Си Сс1 РЬ

25 Вагайский Л3 1,13 0,57 0,04 1,16

19 Н-Тавдинский Л2 0,86 0,68 0,06 1,89

14 Омутинский Л3 0,81 0,85 0,07 1,81

29 Тюменский Л3 0,72 0,49 0,06 1,40

30 26 Тюменский л, 0,78 0,68 0,05 1,59

Тюменский Л2 1,00 0,68 0,05 1,87

03 Тюменский Лз 1,01 0,49 0,05 1,61

22 Упоровский Л3 0,85 0,56 0,08 1,56

28 Ярковский Л, 1,20 0,55 0,04 1,06

06 Ярковский Л, 0,96 0,65 0,03 1,21

3 Сорокинский Л2 1,17 0,21 0,04 0,40

7 Голышмановский л, 0,70 0,15 0,04 0,25

8 Аромашевский л2 0,83 0,14 0,04 0,29

12 Абатский л2 0,76 0,14 0,04 0,19

ФОН (региональный) 1,39 0,49 0,06 1,48

ПДК 23,00 3,00 0,50 6,00

Обеспеченность почв цинком была низкой для группы растений с невысоким выносом микроэлементов в 71% общего объема выборки, 29% реперных

участков относятся к среднеобеспеченным для растений эгой же группы Наибольшее среднее значение — 1,20 мг/кг, что выше, чем в черноземах и луговых почвах, но ниже фона и ПДК Обеспеченность подвижной медью варьирует на серых лесных почвах от 0,02 до 0,85 мг/кг Наибольшее среднее количество меди - 0,85 мг/кг, что почти в 2 раза выше фона, но ниже ПДК Обеспеченность медью в 21% реперных участков находится на низком уровне для группы растений с невысоким выносом микроэлементов из почвы и в 57% - к высокой обеспеченности для данной группы растений Оставшаяся часть реперов относится к среднему уровню обеспеченности для растений с повышенным выносом цинка и меди из почвы

На некоторых участках обнаружены концентрации РЬ выше регионального фона Наибольшее его среднее значение - 1,87 мг/кг, что ниже ПДК, но выше фона Наибольшее среднее значение кадмия составляет 0,08 мг/кг, что ниже ПДК и находится на уровне фона В серых лесных почвах Сс1 и РЬ обладают большей подвижностью, чем в более богатых гумусом черноземах и луговых почвах Полученные результаты подвижных форм Сс1 и РЬ свидетельствуют о благополучной экологической ситуации на территории реперных участков юга Тюменской области

Серые лесные почвы по ориентировочной оценочной шкале опасности относятся к категории «допустимое загрязнение», то есть самому низкому уровню В луговых и черноземных почвах аномального отличия по содержанию ТМ не обнаружено В аллювиальных почвах ниже концентрация 7лл и Си, однако Сс! и РЬ несколько выше Превышений ПДК ТМ не наблюдается ни на одном из представленных реперных участков

По результатам сплошного и локального мониторинга несмотря на высокие валовые концентрации Тп и Си, растения могут испытывать недостаток в микроэлементном питании, в связи со способностью гумусовых веществ прочно связывать микроэлементы и поглощать их в больших количествах, такая тенденция наблюдается во всех типах почв Реперные участки, где концентрация Сс1 и РЬ выше фона, расположены вблизи индустриально! о центра Тюменской области, где сосредоточенно большинство промышленных предприятий, высока плотность населения и транспортных потоков, в районах с развитым сельским хозяйством, а также вблизи автомагистралей федерального и областного значения

Содержание тяжелых металлов в профипе почв. При рассмотрении химических элементов в почве большое внимание уделяется их распространению по профилю Почвенный профиль отражает характер миграции и трансформации металлов

В Тюменской области около 70% пахотных земель имеют «среднюю» а 30% «низкую» обеспеченность гумусом А органическое вещество почвы способствует связыванию подвижных форм ТМ в нерастворимые комплексные соединения Исследованиями была выявлена обратная корреляционная зависи-

мость между содержанием гумуса и подвижностью ТМ Определен следующий убывающий ряд влияния данного агрохимического показателя свинец > медь > кадмий > цинк Известно, что пока ТМ прочно связаны с соответствующими органическими частями почвы, трудно доступны растениям, их отрицательное влияние на почву и растения незначительны

Установлено, что подвижность ТМ зависит также от реакции почвенной среды Данный факт может негативно сказаться не только на продуктивности выращиваемых культур, но и на здоровье населения, так как рН ниже 5 способствует переходу валовых форм в подвижные Нами определена прямая корреляционная зависимость влияния рН среды на подвижность ТМ, они образуют следующий убывающий ряд цинк > кадмий > свинец > медь

Содержание Ъл отражает гранулометрический состав почвенного профиля, между данными показателями прямая корреляционная связь (г = 0,57) Характер распределения РЬ аналогичен распределению органического вещества, также присутствует прямая корреляционная зависимость (г = 0,75)

Таблица 4 - Содержание валовых форм тяжелых металлов в профилях почв за ____2000-2004 гг, мг/кг__

глубина, см гп Си са РЬ

Чернозем

0-20 42,19 18 22 0,33 10,09

20-40 43,95 17,76 0,35 9,90

40-60 42,08 15,56 0,34 9,19

60-80 40 70 15,81 0,32 9,41

80-100 39,81 15,23 0,31 9,12

Серая лесная

0-20 43,94 15,75 0,35 8,87

20-40 44,94 15,48 0,32 10,15

40-60 40,37 16,94 0,29 9,49

60-80 37,38 14,78 0,29 9,83

80-100 34,30 14,20 0,26 7,94

Аллювиальная

0-20 55,44 15,56 0,29 10,38

20-40 51,96 15,02 0,29 9,80

40-60 47,63 13,43 0,23 7,56

60-80 48,39 11,03 0,30 6,46

80-100 50,42 12,64 0,25 9,08

Луговая

0-20 56,87 21,08 0,28 9,62

20-40 51,86 21,36 0,23 9,34

40-60 47,65 17,99 0,30 9,34

60-80 42 14 15,34 0,27 8,65

80-100 45,39 17,11 0,21 9,27

Цинка больше всего (табл 4) содержится в поименно-аллювиальной почве (50,77 мг/кг), Си - в луговой (18,58 мг/кг), С<1 и РЬ - в черноземе выщелоченном (0,33 и 9,54 мг/кг соответственно)

В черноземах отмечена общая сходность распределения между собой Си и РЬ, а также 2п и Сс1 по генетическим горизонтам Они концентрируются в верхних (пахотном - Си и РЬ и подпахотном - Ъх\ и Сс1) горизонтах, ниже содержание данных элементов идет на убыль, отмечается только незначительный вынос в карбонатный слой Си и РЬ Профиль серых лесных почв характеризуется более или менее равномерным распределением элементов, отмечено вымывание Си в иллювиальную толщу В пойменных аллювиальных почвах ТМ сконцентрированы в верхнем гумусовом горизонте Исключение составляет Сс1, он сосредоточен в нижних горизонтах Для луговых почв характерно равномерное распределение Си и 7л\ по профилю почв, незначительное содержание Сд в верхних горизонтах и материнской породе, наибольшие концентрации РЬ отмечены в пахотном слое

Накопление ТМ в верхнем горизонте почвы есть результат биогенной аккумуляции Этот процесс обусловлен извлечением корнями химических элементов из всей корнеобитаемой толщи, разложением растительных остатков и последующим закреплением ТМ в почве при взаимодействии с гумусом

5 Тяжелые металлы в растениеводческой продукции

юга Тюменской области

С целью выявления способности ТМ, содержащихся в почве, поглощаться растениями, что может привести к продвижению их по трофической цепи до конечного звена, связанного с поступлением в рацион человека, нами проведено обследование произрастающей на территории юга Тюменской области растениеводческой продукции

Для соблюдения принципа единственного различия вычисление средних показателей в районах велось по зерновым культурам, так как основная часть посевных площадей приходится на их долю

Интенсивность поглощения металлов варьирует в зависимости от свойств самих элементов, вида растений и условий среды По степени поглощаемости ТМ образуют следующий убывающий ряд 2п > Си > Сс1 > РЬ По суммарному поглощению ТМ растения образуют следующий убывающий ряд зерновые > кормовые > овощные > корнеплоды > клубнеплоды > капуста

По содержанию ТМ в зерновой продукции юга Тюменской области территорию можно назвать благополучной, превышений ПДК не обнаружено (табл 5) Вызывает опасения только повышенное (более 0,5 ПДК) содержание РЬ на 90% посевных площадей Это обстоятельство связано с повышенным содержанием его в почве, что наглядно демонстрируют картограммы агрохимического обследования А также высоко содержание кадмия в Тюменском (0,023 мг/кг при ПДК 0,03 мг/кг) и Бердюжском (0,023 мг/кг) районах

Таблица 5 - Содержание тяжелых металлов в зерновой продукции юга области ________за 2000-2004 гг , мг/кг__

Район гп Си Сс1 РЬ

Таежно-лесная зона Южная тайга

Тобольский 20,608 3,782 0,004 0,242

Вагайский 21,675 4,352 не определ 0,268

Подтайга

Нижнетавдинский 19,678 3,716 0,004 0,212

Ярковский 21,282 4,306 не определ 0,213

Юргинский 19,216 4,595 не определ 0,218

Аромашевский 22,424 4,086 0,004 0,205

Викуловский 21,118 2,905 0,002 0,244

Сорокинский 22,121 3,896 0,002 0,229

Лесостепная зона Северная лесостепь

Тюменский 18,354 4,101 0,023 0,238

Исетский 20,728 3,155 0,008 0,229

Ялуторовский 21,131 3,429 не определ 0,218

Заводоуковский 20,011 3,447 не определ 0,212

Упоровский 18,390 3,111 0,006 0,209

Омутинский 14,671 3,398 0,013 0,206

Голышмановский 20,397 3,929 0,011 0,222

Ишимский 22,709 3,653 0,005 0,234

Абатский 18,470 2,565 0,009 0,148

Южная лесостепь

Армизонский 19,939 3,868 0,009 0,275

Бердюжский 18,338 3,910 0,023 0,212

Казанский 20,904 3,720 0,004 0,239

Сладковский 22,984 4,114 не определ 0,277

пдк 50,0 10,0 0,03 0,3

Если сравнивать полученные результаты растительной продукции с почвенными картами, то заметна взаимосвязь больших концентраций свинца в почве, с содержанием его в растительной продукции Следует отметить, если почвы бедны цинком, то и в растительности наблюдаются низкие его концентраций

Сравнив содержание ТМ в растительной продукции по зонам, мы получили следующее свинца и кадмия больше в таежно-лесной зоне, а меди и цинка в лесостепной В подзонах концентрация цинка уменьшается с севера на юг, а кадмия - увеличивается, медь распределена равномерно, свинец сначала нарас-

тает, а затем его содержание падает Так же как и при анализе почвенных образцов заметен техногенный след Курганской и Свердловской областей

Мониторинг почв и растительной продукции показал, что территория юга области в отношение ТМ довольно спокойная Однако антропогенное влияние в некоторых контролируемых объектах все же прослеживается, отсюда, несмотря на благоприятную экологическую обстановку нельзя сбрасывать со счетов источники загрязнения, присутствующие на обследованной территории Это промышленные предприятия крупных городов области, интенсивное применение удобрений в хозяйствующих субъектах, постоянно разрастающийся парк автотранспорта, круглосуточное и круглогодичное авиа и железнодорожное межобластное и междугороднее сообщение и многие другие источники При рассмотрении сплошного и локального мониторинга, было отмечено, что более высокие концентрации любого из ТМ наблюдаются вблизи городов и крупных районных центров Содержание ТМ, полученное на сегодняшний момент, результат работы промышленности, автотранспорта и других источников города за предыдущие годы

ВЫВОДЫ

1 Согласно данным сплошного мониторинга, содержание экотокс ькантов - цинка, меди, кадмия и свинца находится на уровне первой группы эколого-токсикологической опасности Степень загрязнения ими почв юга области характеризуется как «низкое и допустимое» Содержание подвижных форм тяжелых металлов находится ниже ПДК, в пределах регионального фона Превышение фоновых концентраций наблюдается по кадмию в Ялуторовском районе в три раза и по свинцу в Юргинском районе в три раза

2 Распространение изучаемых тяжелых металлов, согласно картограммам, идет в убывающем порядке с запада на восток В почвенно-географических зонах содержание их убывает с севера на юг, это объясняется тем, что почвы наследуют химические элементы, содержащиеся в почвообразующих породах

3 В условиях юга Тюменской области наибольшую опасность из всех изучаемых тяжелых металлов в снеговом покрове представляет кадмий Наибольшему загрязнению подвержены районы на границе со Свердловской и Курганской областями

4 Экологический мониторинг ряда промышленных предприятий города Тюмени показал значительные загрязнения, в сравнении с почвами сельскохозяйственного назначения Согласно ориентировочной оценочной шкалы опасности загрязнение почв относится к категории от «допустимое» до «чрезвычайно-опасное» Данный факт указывает на необходимость соблюдения санитарно-защитных зон вблизи промышленных предприятий и обязательного совершенствования технологии очистки выбросов

5 Локальный мониторинг реперных участков на содержание валовых форм тяжелых металлов показал их концентрацию в пределах фоновых значений, что характеризует данные территории как экологически чистые Обеспе-

ченность почв валовыми формами микроэлементов — повышенная и высокая для категории растений с невысоким выносом микроэлементов Все реперные участки с содержанием тяжелых металлов выше фона расположены вблизи автодорог, городов или промышленных предприятий По суммарному содержанию валовых форм почвы располагаются в следующем порядке серая лесная > луговая > черноземная > аллювиальная

6 Локальный мониторинг реперных участков на содержание подвижных форм тяжелых металлов показал, что концентрации свинца и кадмия достаточно небольшие и находится в пределах фона, хотя есть районы, где обнаруживаются высокие показатели по данным элементам Юргинский район - превышение 0,5 ПДК по свинцу, Ялуторовский район - превышение 0,5 ПДК по кадмию Такое содержание можно объяснить как природными геохимическими свойствами почвы, так и интенсивностью техногенной нагрузки Почвы юга области повсеместно обеднены подвижными формами цинка и достаточно обеспечены медью для группы растений с невысоким выносом микроэлементов По суммарному содержанию подвижных почвы располагаются в следующем порядке серая лесная > аллювиальная > луговая > черноземная

7 Анализ распределения тяжелых металлов по профилю почв показал, что концентрация всех исследуемых экотоксикантов в верхних горизонтах выше, чем в нижних Больше всего цинка содержится в пойменно-аллювиальной почве (50,77 мг/кг), меди - в луговой (18,58 мг/кг), кадмия и свинца - в черноземе (0,33 и 9,54 мг/кг соответственно) Материнские породы юга Тюменской области обогащены валовыми формами меди и цинка, в сравнении с другими регионами Сибири и России в целом Анализ соотношения валовых форм к подвижным показал, что наиболее легко из общих в доступные переходит кадмий (738%), свинец (2-31%), менее мобильны медь (1-6%) и цинк (1-4%) Чем более кислая среда почвенного раствора, тем более активны в ней тяжелые металлы Чем выше процент содержания гумуса в почве, тем менее подвижны в ней изучаемые элементы

8 Эколого-токсикологическая оценка растениеводческой продукции показала, что в целом территорию можно назвать благополучной В зерновых культурах, выращиваемых на юге Тюменской области содержание свинца, меди, кадмия и цинка ниже ПДК По данным мониторинговых исследований почв и растительности прослеживается тождественность распределения тяжелых металлов По степени поглощаемости химические элементы образуют следующий ряд Хп> Си > С<1> РЬ Наибольшим выносом из почвы тяжелых металлов обладают зерновые, наименьшим — клубнеплоды и капуста

9 Между изучаемыми элементами замечена высокая корреляционная связь, которая говорит о полиэлементном воздействии тяжелых металлов на окружающую среду Чаще всего последние, прямо или косвенно привнесены человеком, в ходе его жизнедеятельности

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1 Квашнина Ю А , Скипин Л.Н , Ваймер А А Влияние автомобильного транспорта на накопление тяжелых металлов в почве и в овощах // Молодые ученые в решении проблем АПК Сб науч тр Тюмень, 2003 С 813

2 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ткаченко М Н , Ваймер А А Тяжелые металлы в зернофуражных культурах Тюменской области // Проблемы энтомологии и арахнологии Сб науч тр № 45, ВНИИВЭА Тюмень, 2004 С 208-214

3 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ваймер А А , Богданова О Г Тяжелые металлы в растениеводческой продукции Тюменской области // Аграрная наука - развитию и стабилизации агропромышленного комплекса Тюменской области (к 40-летию ГНУ НИИСХ Северного Зауралья) Сб науч тр Тюмень, 2005 С 97-100

4 Квашнина Ю А Загрязнение почв земель сельскохозяйственного назначения юга Тюменской области ртутью и мышьяком // АПК в 21 веке действительность и перспективы Сб тр регион науч конф молодых ученых Тюмень, 2005 С 40-43

5 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ваймер А А , Захарова Е В , Судакова И К Радиационное состояние почв юга Тюменской области // Окружающая среда Тез докл конф Тюмень, 2006 С 69-77

6 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ваймер А А , Богданова О Г, Судакова И К Содержание ТМ в атмосферных осадках юга Тюменской области // Окружающая среда Тез докл конф Тюмень, 2006 С 54-69

7 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ваймер А А , Телицин В Л Тяжелые металлы на территории месторождений газа и нефти в условиях Западной Сибири // Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири Сб тр всеросс науч-практ конф Тюмень, 2006 С 135-139

8 Квашнина Ю А , Савина В С Загрязнение почв промышленных предприятий города Тюмени // «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» Сб тр всеросс науч -практ конф Тюмень, 2006 С 113-117

9 Квашнина Ю А Эколого-токсикологическая оценка почв юга Тюменской области // Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде Мат IV междунар науч -практ конф Семипалатинск, 2006 С 206-209

10 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ваймер А А , Савина В С Загрязнение почв экотоксикантами на территории промышленных предприятий города Тюмени//Вестник Красноярского ГАУ №12 Красноярск, 2006 С 133-138

11 Квашнина Ю А Загрязнение экотоксикантами земельных участков, территорий складов пестицидов и агрохимикатов // Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности с/х культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия Мат 40-й междунар конф РАСХН ВНИИ А им Прянишникова Москва, 2006 С 251-254

12 Квашнина Ю А , Скипин Л Н , Ваймер А А Возможности накопления тяжелых металлов и радионуклидов в солонцах Тюменской области // Современные проблемы загрязнения почв Мат II междунар науч конф МГУ им МВ Ломоносова Москва, 2007 С 153-157

Подписано в печать 20 04 2007 г Тираж 120 экз Печать трафаретная Заказ 071 Отпечатано в печатном цехе «Ризограф» Тюменского Аграрного Академического Союза 625003, г Тюмень, ул Республики, 7

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Квашнина, Юлия Анатольевна

Введение.

1 Обзор литературы.

2 Условия и методы исследования.

2.1 Климат.

2.2 Условия почвообразования юга Тюменской области.

2.3 Методы исследований.

3 Формы нахождения тяжелых металлов и источники загрязнения ими почв.

4 Сплошной и локальный мониторинг почв юга Тюменской области по содержанию тяжелых металлов.

5 Тяжелые металлы в растениеводческой продукции юга Тюменской области.

Выводы.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Мониторинг почв и растительной продукции по содержанию тяжелых металлов на юге Тюменской области"

Актуальность исследований. Предприятиями Российской Федерации ежегодно в окружающую среду выбрасывается более 20 тыс. тонн различных загрязнителей. В России, свыше 62 млн. га загрязнено выбросами промышленных предприятий, в результате добычи полезных ископаемых и работы топливно-энергетического комплекса нарушено 1,0 млн. га продуктивных земель. Загрязнение почв за счет выбросов автотранспорта в Германии и США достигает 50%, тогда как в РФ - 15% (Дьякова, 1998, Пасынкова, 1989, Шепелев, 1999).

Проведение комплексной эколого-токсикологической оценки компонентов окружающей среды, таких как почва и растительность, для Тюменской области является актуальным. Ее территория граничит со Свердловской, Курганской и Омской областями, где широко развита промышленность, черная и цветная металлургия, сталелитейное, горнорудное и обогатительное производство. Принимая во внимание розу ветров, часть выбросов подвержено трансграничным переносам с последующим осаждением на территории юга Тюменской области.

Повышение концентрации тяжелых металлов в почве способствуют устойчивому изменению ее свойств, и является контролируемым параметром при мониторинге.

Цель работы. Провести сплошной и локальный мониторинг почвы и растительной продукции по содержанию тяжелых металлов на юге Тюменской области.

Задачи исследования:

1. Изучить содержание подвижных и валовых форм ТМ по почвенно-географическим зонам и различным типам почв юга Тюменской области. Провести анализ содержания тяжелых металлов в почве в масштабах юга области с составлением картограмм.

2. Выявить особенности накопления тяжелых металлов в почве при различных условиях техногенного воздействия.

3. Провести санитарно-гигиеническую оценку состояния растениеводческой продукции по югу Тюменской области и составить картограммы содержания ТМ в зерновой продукции.

Научная новизна. Впервые были составлены картограммы распределения тяжелых металлов в почве и растениях на территории данного региона. Проведена оценка соотношения подвижных и валовых форм тяжелых металлов для почв юга Тюменской области, рассмотрены основные источники их поступления. Установлены корреляционные связи между агрохимическими показателями и содержанием тяжелых металлов в почве, рассмотрены особенности распределения данных химических элементов по профилю.

Практическая значимость. Результаты данной работы могут быть использованы как основа для дальнейшего сплошного и локального мониторинга почв и зерновой продукции по содержанию тяжелых металлов. На основе анализа агрохимического обследования были выявлены геохимические провинции с избытком или дефицитом некоторых химических элементов, что позволит в дальнейшем целенаправленно вести разработку профилактических мероприятий по устранению негативных последствий природного и техногенного воздействия тяжелых металлов на растения, животных и человека.

Положения, выносимые на защиту:

- оценка источников поступления тяжелых металлов в почву;

- качественная и количественная характеристика распределения валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах юга Тюменской области;

- оценка содержания тяжелых металлов в растениях и их способность к поглощению;

Апробация работы. Главные положения работы доложены на вузовских, городских, региональных, Всероссийских и международных конференциях:

40-ой Международной научной конференции «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» (Москва, ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2006);

IV Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Казахстан, Семипалатинск, 2006);

Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (Тюмень, ТюмГАСУ, 2006);

Городская конференция «Окружающая среда» (Комитет по экологии администрации г. Тюмени, 2006).

Личное участие. Материалом для диссертации послужили собственные полевые и лабораторные исследования, а также сбор и обобщение данных химических показателей ФГУ государственных станций агрохимической службы «Тюменская» и «Ишимская».

Публикации. Основные результаты исследований были опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 132 странице печатного текста. Работа состоит из введения, обзора литературы, условий и методов исследования, результатов собственных исследований, выводов. Работа иллюстрирована 31 таблицей и 14 рисунками, в приложении 22 таблицы и 1 рисунок. Список литературы включает в себя 106 источника, в том числе 7 работ зарубежных авторов.

Заключение Диссертация по теме "Агропочвоведение и агрофизика", Квашнина, Юлия Анатольевна

выводы

1. Согласно данным сплошного мониторинга, содержание экотоксикантов - цинка, меди, кадмия и свинца находится на уровне первой группы эколого-токсикологической опасности. Степень загрязнения ими почв юга области характеризуется как «низкое и допустимое». Содержание подвижных форм тяжелых металлов находится ниже ПДК, в пределах регионального фона. Превышение фоновых концентраций наблюдается по кадмию в Ялуторовском районе в три раза и по свинцу в Юргинском районе в три раза.

2. Распространение изучаемых тяжелых металлов, согласно картограммам, идет в убывающем порядке с запада на восток. В почвенно-географических зонах содержание их убывает с севера на юг, это объясняется тем, что почвы наследуют химические элементы, содержащиеся в почвообразующих породах.

3. В условиях юга Тюменской области наибольшую опасность из всех изучаемых тяжелых металлов в снеговом покрове представляет кадмий. Наибольшему загрязнению подвержены районы на границе со Свердловской и Курганской областями.

4. Экологический мониторинг ряда промышленных предприятий города Тюмени показал значительные загрязнения, в сравнении с почвами сельскохозяйственного назначения. Согласно ориентировочной оценочной шкалы опасности загрязнение почв относится к категории от «допустимое» до «чрезвычайно-опасное». Данный факт указывает на необходимость соблюдения санитарно-защитных зон вблизи промышленных предприятий и обязательного совершенствования технологии очистки выбросов.

5. Локальный мониторинг реперных участков на содержание валовых форм тяжелых металлов показал их концентрацию в пределах фоновых значений, что характеризует данные территории как экологически чистые. Обеспеченность почв валовыми формами микроэлементов - повышенная и высокая для категории растений с невысоким выносом микроэлементов. Все реперные участки с содержанием тяжелых металлов выше фона расположены вблизи автодорог, городов или промышленных предприятий. По суммарному содержанию валовых форм почвы располагаются в следующем порядке: серая лесная > луговая > черноземная > аллювиальная.

6. Локальный мониторинг реперных участков на содержание подвижных форм тяжелых металлов показал, что концентрации свинца и кадмия достаточно небольшие и находится в пределах фона, хотя есть районы, где обнаруживаются высокие показатели по данным элементам. Юргинский район - превышение 0,5 ПДК по свинцу, Ялуторовский район -превышение 0,5 ПДК по кадмию. Такое содержание можно объяснить как природными геохимическими свойствами почвы, так и интенсивностью техногенной нагрузки. Почвы юга области повсеместно обеднены подвижными формами цинка и достаточно обеспечены медью для группы растений с невысоким выносом микроэлементов. По суммарному содержанию подвижных форм тяжелых металлов почвы располагаются в следующем порядке: серая лесная > аллювиальная > луговая > черноземная.

7. Анализ распределения тяжелых металлов по профилю почв показал, что концентрация всех исследуемых экотоксикантов в верхних горизонтах выше, чем в нижних. Больше всего цинка содержится в пойменно-аллювиальной почве (50,77 мг/кг), меди - в луговой (18,58 мг/кг), кадмия и свинца - в черноземе (0,33 и 9,54 мг/кг соответственно). Материнские породы юга Тюменской области обогащены валовыми формами меди и цинка, в сравнении с другими регионами Сибири и России в целом. Анализ отношения валовых форм к подвижным показал, что наиболее легко из общих в доступные переходит кадмий (7-38%), свинец (2-31%); менее мобильны медь (1-6%) и цинк (1-4%). Чем более кислая среда почвенного раствора, тем более активны в ней тяжелые металлы. Чем выше процент содержания гумуса в почве, тем менее подвижны в ней изучаемые элементы.

8. Эколого-токсикологическая оценка растениеводческой продукции показала, что в целом территорию можно назвать благополучной. В зерновых культурах, выращиваемых на юге Тюменской области содержание свинца, меди, кадмия и цинка ниже ПДК. По данным мониторинговых исследований почв и растительности прослеживается тождественность распределения тяжелых металлов. По степени поглощаемости химические элементы образуют следующий ряд: Zn > Си > Cd > РЬ. Наибольшим выносом из почвы тяжелых металлов обладают зерновые, наименьшим - клубнеплоды и капуста.

9. Между изучаемыми элементами замечена высокая корреляционная связь, которая говорит о полиэлементном воздействии тяжелых металлов на окружающую среду. Чаще всего последние, прямо или косвенно привнесены человеком, в ходе его жизнедеятельности.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Квашнина, Юлия Анатольевна, Тюмень

1. Авдовин Н.С. Почвы, удобрения и качество растениеводческой продукции /Авдовин Н.С. М. 1979. 802с.

2. Агафонов Е.В. Тяжелые металлы в черноземах Ростовской области /Агафонов Е.В. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С.22-26.

3. Агроклиматические ресурсы Тюменской области. С-Пб.: Гидрометеоиздат. 2004. 151с.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях /Алексеев Ю.В. JL: Агропромиздат. 1987.142с.

5. Бабкин В.В. Физиолого-биохимические аспекты действия тяжелых металлов на растения /Бабкин В.В., Завалин А.А. //Химия в сельском хозяйстве. 1995. №4. С.5-11.

6. Байдина Н.Л. Содержание и формы ртути в почвах южной части Западной Сибири /Байдина Н.Л. //Агрохимия. 2001. №11. С.59-63.

7. Балюк С.А. Тяжелые металлы в орошаемом земледелии Украины /Балюк С.А., Головина Л.П., Носоненко А.А. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С.66-71.

8. Богданов Н.И Особенности почвенного покрова и эволюция почв Западной Сибири /Богданов Н.И. Омск: Изд-во СХИ. 1977. 62с.

9. Богомазов Н.П. Влияние реакции выщелоченного чернозема на подвижность железа и микроэлементов (Модельный опыт) /Богомазов Н.П., Шильников И.А.//Агрохимия. 1991. №2. С.84-86.

10. Болотина В.В. Агроэкологический мониторинг земель /Болотина В.В. //Агрохимический вестник. 1999. №3. С. 18-21.

11. Большаков В.А. Агротехногенное загрязнение почвенного покрова тяжелыми металлами: источники, масштабы, рекультивация /Большаков

12. B.А., Краснова Н.М., Борисочкина Т.И. М.: Упролиграфиздат Мособлисполкома. 1993. 91с.

13. Борисков Д.Е. Тяжелые металлы в почвах и сельскохозяйственной продукции Курганской области /Борисков Д.Е., Синявский В.А. //Тр. Омского ГАУ. Экологическое состояние почв и растительности в Западной Сибири и проблемы их качества Омск. 1997.12. С. 14-19.

14. Бреус И.П. Миграция тяжелых металлов и инфильтрационными водами в основных типах почв Среднего Поволжья /Бреус И.П., Садраева Г.Р. //Агрохимия. 1997. №6. С. 15-19.

15. Важенин И.Г. Деградация плодородия черноземных почв под воздействием техногенеза /Важенин И.Г.// Агрохимия. 1991. №5. С.85-95.

16. Ваймер А.А. Тяжелые металлы в почве и сельскохозяйственной продукции в условиях Тюменской области /Ваймер А.А. //Дисс. канд. биол. наук. Тюмень. 1999.197с.

17. Ведина О.Т. Цинк в сельскохозяйственных растениях придорожных экосистем /Ведина О.Т., Тома С.Н., Пайлик И.С. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994.1. C.97-100.

18. Виноградов А.П. Геохимия океана /Виноградов А.П. //Избранные труды. М.: Наука. 1989.220с.

19. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почвах /Виноградов А.П. М.: Изд-во АН СССР. 1957. 238с.

20. Виноградов А.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растениями и средой /Виноградов А.П. //Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Изд-во АН СССР. 1952. С.7-20.

21. Волн М.И. Возможности снижения экологической опасности экотоксикантов в сельском хозяйстве /Волн М.И. //Химия в сельском хозяйстве. 1995. №4 С.5-9.

22. Волошин Е.И. Транслокация кадмия и свинца в почве и растениях /Волошин Е.И. //Химия в сельском хозяйстве. 1997. №2. С.34-36.

23. Галиулин Р.В. Индикация биологического дефекта мелиорации серой лесной почвы, загрязненной медью, путем определения ее целлюлозолитической активности /Галиулин Р.В., Семенова Н.А., Галиулина Р.А. //Агрохимия. 1996. №11. С.13-18.

24. Гамаш Г.А. Распределение тяжелых металлов по органам культурных растений /Гамаш Г.А., Гамаш Н.Ю. //Агрохимия. 1989. №7. С.69-75.

25. Глуховский А.Б. Влияние удобрений на содержание тяжелых металлов в почве /Глуховский А.Б., Малюга Н.Г., Котляков Н.С. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С.101-103.

26. Головатый С.Е. Поступление кадмия в сельскохозяйственные растения /Головатый С.Е., Жигарев П.Ф., Панкрутская Л.И. //Агрохимия. 2000. №1. С.81-85.

27. Горбылева А.И. Тяжелые металлы и радионуклиды при внесении минеральных удобрений и осадка сточных вод /Горбылева А.И., Решецкий Н.П., Чернухо Г.А. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С. 144-154.

28. Горшенин К.П. Почвы южной части Сибири (от Урала до Байкала) /Горшенин К.П. М.: Изд-во АН СССР. 1955. С.592.

29. Гусев А.А. Экологические императивы и устойчивое развитие /Гусев А.А. //Сб. докл. междунар конф. Экологическая безопасность жизнедеятельности человека в XXI веке проблемы и решения. М.: Информациология. 2005. С.17-20.

30. Гусев А.С. Влияние техногенного загрязнения на свойства почв промышленных районов Свердловской области /Гусев А.С. //Дисс. канд. биол. наук. Тюмень. 2000. 165с.

31. Гусейнов А.Н. Экология города Тюмени: Состояние, проблемы /Гусейнов А.Н. Тюмень: Слово. 2001. 176с.

32. Демидчик В.В. Поступление меди в растения и распределение в клетках, тканях и органах /Демидчик В.В, Соколик А.И, Юрин В.М. //Успехи современной биологии. 2001. Т. 121. №2. С.190-197.

33. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта /Доспехов Б.А. М.: Колос. 1965.317с.

34. Дьякова А.Б. Экологическая безопасность транспортных потоков /Дьякова А.Б. М.: Транспорт. 1998. 29с.

35. Елпатьевский П.В. Эколого-геохимические принципы установления ПДК тяжелых металлов в почве Елпатьевский П.В. //Химия в сельском хозяйстве. 1985. №3. С.10-11.

36. Ермохин Ю.И. Познай свой дом и помоги природе и себе Ермохин Ю.И., Гужулев Э.П., Сницарь А.Е. Омск: ГУ ИНН Омский дом печати. 1998. 264с.

37. Ерышова О.В.Микроэлементы в почвах Красноярского края /Ерышова О.В., Танделов Ю.П. //Агрохимический вестник. 2004. №2. С. 19-22.

38. Ковда В.А.Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана /КовдаВ.А. М.: Наука. 1981. 184с.

39. Завалишин С.И. Биохимические особенности тяжелых металлов в системе почва-растение при интенсивной антропогенной нагрузке в условиях Алтайского Приобья /Завалишин С.И. //Автореф. дис. .канд.с.-х. наук. Барнаул: АСХА. 1999.17с.

40. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва растение /Ильин В.Б. Новосибирск: Наука. 1991.151с.

41. Ильин В.Б. Тяжелые металлы и микроэлементы в почвах Новосибирской области /Ильин В.Б., Сысо А.И. Новосибирск: Наука. 2001. 157с.

42. Ильязов Р.Г. Адаптация агроэкосферы к условиям техногенеза /Ильязов Р.Г., Шакиров Ф.Х., Пристер Б.С. Казань: Академия наук РТ. 2006. 663с.

43. Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях /Кабата-Пендиас А., Пендиас X. М.: Мир. 1989. 439с.

44. Каплунова Е.В. Оценка уровня загрязнения почв по содержанию-подвижных форм меди, цинка, марганца /Каплунова Е.В., Большаков В.А. // Химия в сельском хозяйстве. 1987. №2. С.59-61.

45. Каретин JI.H. Почвы Тюменской области /Каретин JI.H. Новосибирск: Наука. 1990. 286с.

46. Карпов Е.А. Кадмий в почвах, растениях и удобрениях /Карпов Е.А., Потатуева Ю.А. //Химизация сельского хозяйства. 1990. №2. С.8-12.

47. Касатиков В.А. Критерии загрязненности почвы и растений микроэлементами, тяжелыми металлами при использовании в качестве удобрения осадков городских сточных вод /Касатиков В.А. //Агрохимия. 1992. №5. С.110-115.

48. Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия /Кирюшин В.И. М.: Колос. 1996. С.201-205.

49. Ковда В.А. Почвенный покров, его улучшение, использование и охрана /Ковда В.А. М.: Наука. 1981.182с.

50. Корнецов В.И. Амальгамные системы /Корнецов В.И. И.: Московского университета. 1990. 78с.

51. Красницкий В.М. Агроэкотоксикологическая оценка агроценозов /Красницкий В.М. И.: Омск. 2001. 68с.

52. Красницкий В.М. Эколого-агрохимическая оценка плодородия почв и эффективности применения удобрений в Западной Сибири /Красницкий В.М. //Автореф. дисс. .канд.с.-х. наук. Омск. 2002. 52с.

53. Кузубова Л.И. Элементы экотоксиканты в пищевых продуктах. Гигиенические характеристики, нормативы содержания в пищевых продуктах, методы определения /Кузубова Л.И., Шуваева О.В., Аношин Г.Н. И.: Новосибирск. 2000. 66с.

54. Лебедева Л.А. Биологические свойства дерново-подзолистой почвы загрязненной тяжелыми металлами /Лебедева Л.А., Амельянчик О.А., Лебедев С.Н. //Агрохимия. 1994. №3. С. 106 111.

55. Методические указания по определению микроэлементов в кормах и растениях. М.: ЦИНАО. 1973. 14с.

56. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхоз угодий и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО. 1992. 62с.

57. Методические указания по оценке загрязненности почв тяжелыми металлами и неметаллами /Еремченко О.З. Пермь: Пермский ГУ. 1995. 20с.

58. Методические указания по проведению массовых агрохимических анализов тепличных грунтов. М.: ЦИНАО. 1978.46с.

59. Милащенко Н.З. Программа исследований тяжелых металлов в Географической сети опытов со средствами химизации /Милащенко Н.З. //Химия в сельском хозяйстве. 1995. №4. С.4-7.

60. Милащенко Н.З. Производство экологически чистых и биологически полноценных продуктов питания /Милащенко Н.З., Захаров В.Н. //Химизация сельского хозяйства. 1991. №6. С.3-11.

61. Минеев В.Г. Проблема тяжелых металлов в современном земледелии. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С.5-11.

62. Никанорова A.M. Тяжелые металлы в организмах ветлендов России. /Никанорова A.M., Жулидова А.В., Емец В.М. С-Пб.: Гидрометеоиздат. 1993. 292с.

63. Овчаренко М.М. Эколого агрохимическая оценка земледелия России /Овчаренко М.М. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С.27-32.

64. Орлов Д.С. Химическое загрязнение почв и их охрана /Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В. М.: Агропромиздат. 1991. 303с.

65. Панников В.Д. Теоретические основы расширенного воспроизводства плодородия почв, экологически безопасное и почвозащитное земледелие при его химизации /Под ред. Милащенко Н.З. //Плодородие черноземов России. М.:Агроконсалт. 1998. С.66-107.

66. Пасынкова М.В. Особенности миграции хрома в системе почва -растения /Пасынкова М.В., Ляпкин А.А. //Тр. V Всесоюз. Совещ. по исследованию миграции загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. 1989. С.68-73.

67. Перельман А.И. Геохимия ландшафта /Перельман А.И. М.: Высшая школа. 1966. С.39-45.

68. Решецкий Н.П. Тяжелые металлы в системе почва растение при длительном применении осадков городских сточных вод /Решецкий Н.П. //Мат. науч.-практ. конф. РАСХН. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М. 1994. С.79-81.

69. Ровинский Ф.Я. Фоновое содержание Pb, Hg, As, Cd в природных средах /Ровинский Ф.Я., Бурцева JI.B., Петрухин В.А. JL: Гидрометеоиздат. 1992. С-53-57.

70. Сает Ю.Г. Геохимия окружающей среды /Сает Ю.Г., Ревич Б.А., Янин Е.П. М.: Недра. 1990. 334с.

71. СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов.

72. Сборник методик по определению тяжелых металлов в почв, тепличных грунтах и продукции растениеводства. М.: ЦИНАО. 1998. 75с.

73. Синявский И.В. Агрохимические и экологические аспекты плодородия черноземов лесостепного Зауралья /Синявский И.В. // Дисс. докт. биол. наук. Челябинск. 2002.379с.

74. Скипин JT.H. Влияние автомобильного транспорта на накопление тяжелых металлов в почве и овощах /Скипин JT.H., Ваймер А.А., Квашнина Ю.А. //Мат. конф. молодых ученых. ТГСХА. Тюмень. 2003. С.8-13.

75. Скипин JI.H. Содержание ТМ в атмосферных осадках юга Тюменской области /Скипин JI.H., Ваймер А.А., Квашнина Ю.А., Богданова О.Г. //Окружающая среда (тез. докл. конф.). Тюмень. 2006. С.54-69.

76. Соколов О.А. Экологическая безопасность и устойчивость развития /Соколов О.А., Черных В.А. //Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. Книга 1. Пущино: ОНТИПНЦ РАН. 1999. 164с.

77. Степанюк В.В. Влияние соединений кадмия на урожай и элементарный состав сельскохозяйственных культур /Степанюк В.В. //Агрохимия. 1998. №6 С.74-79.

78. Телицин B.JI. Гидроморфные и полугидроморфные почвы геосистем Западной Сибири и их рациональное использование / Телицин B.JL, Ваймер А.А. Новосибирск: СО РАН. 2005. 225с.

79. Тощев В.В. Изучение уровня загрязнения растительной продукции тяжелыми металлами /Тощев В.В., Загарская Н.Г., Коноплев В.Д. //Агрохимический вестник. 2000. №5. С.12-13.

80. Фокин А.Д. Почва, биосфера и жизнь на земле /Фокин А.Д. М.: Наука. 1986.176с.

81. Хамитова Р.Я. Тяжелые металлы и город: начальный контроль и оценка воздействия (на примере г. Казани) /Хамитова Р.Я., Степанова Н.В. Казань. 2004. С.95-99.

82. Хесин А.И. Некоторые решения проблем техносферы и экологической безопасности мегаполиса /Хесин А.И. //Сб. докл. междунар. конф. Экологическая безопасность жизнедеятельности человека в XXI веке -проблемы и решения. М.: Информациология. 2005. С.73-78.

83. Цаплина М.А. Трансформация и транспорт оксидов свинца, кадмия и цинка в дерново-подзолистой почве /Цаплина М.А. //Почвоведение. 1994. №1 С.45-50.

84. Черников В.А. Агроэкология /Черников В.А., Чекерес А.И. М.: Колос 2000. 536с.

85. Черных Н.А. Вопросы нормирования содержания тяжелых металлов в почве /Черных Н.А., Ладонин В.Ф. //Химия в сельском хозяйстве. 1995. №5. С.10-13.

86. Черных Н.А.Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах /Черных Н.А., Овчаренко М.М. М. И: Агроконсалт. 2002. 197с.

87. Черных Н.А.Экологнческнй мониторинг токсикантов в биосфере /Черных Н.А., Сидоренко С.Н. М. И.: Российский университет дружбы народов. 2003 430с.

88. Шакиров Ф.Х. Организация производства экологически безопасных продуктов детского и лечебного питания /Шакиров Ф.Х. //Актуальные проблемы экологии в Республике Татарстан. Казань. 1994. С.47-51.

89. Шепелев В.В. Обеспеченность микроэлементами почв Таврического района Омской области Шепелев В.В. //Сб. науч. тр. аспиран. и студен. Омск: ОмГПУ 1995. С.160-161.

90. Шепелев В.В. Эколого-агрохимическая оценка почв и растений при длительном применении удобрений /Шепелев В.В. //Автореф. дис. .канд.с.-х. наук. Омск: ОмГАУ. 1999. 169с.

91. Экогеохимия Западной Сибири. Новосибирск: Изд-во СО РАН. НИЦ ОИГГМ. 1996. 246с.

92. Ягодин Б.А.Тяжелые металлы в системе почва растение /Ягодин Б.А., Кидин В.В., Цвирко Э.А., Маркелова В.Н., Саблина С.М. //Химия в сельском хозяйстве. 1998. №11. С.43-46.

93. Яковлев А.С. Влияние оксидов меди и растворов серной кислоты на свойства дерново-подзолистых почв /Яковлев А.С., Решетников С.И. Горяченова Е.А., Гаврилова Е.П. //Почвоведение. 1992. №6. С.92-100.

94. Brown S.L. Zinc and cadmium uptake by hyperaccumulator Thlaspi caerulescens grown in nutrient solution /Brown S.L., Chaney R.L., Angle J.S., Baker A.J.M.// Soil Science Society of America Journal. 1995. V.59. P. 125-133.

95. Environmental Impact of Cadmium.M. Fleischer et al. Environmental Health Perspectives. USR Geol Survey Watch. 2000. P.20 244

96. Hargitai L.E. Soil organic matter and soil fertility Agroket /Hargitai L.E. Is tataj. 1999. V. 34. N suppl. P.24-27.

97. Seiber W. Global distribution of gaseous mercury in troposphere /Seiber W., Eberling C., Slemr F. Pure and Geoph. 1998. V.l 18. №4. 2,56p. .