Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Разработка и применение экологических технологий, направленных на снижение негативного действия тяжелых металлов на агроценозы
ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)
Автореферат диссертации по теме "Разработка и применение экологических технологий, направленных на снижение негативного действия тяжелых металлов на агроценозы"
На правах рукописи
*г
48511/о
КАРТУЗОВА Мария Николаевна
Разработка и применение экологических технологий, направленных на снижение негативного действия тяжелых металлов на агроценозы
03.02.08-экология
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
2 3 НЮН 2011
Москва-2011
4851178
Работа выполнена на кафедре судебной экологии экологического факультета Российского университета дружбы народов.
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский университет дружбы народов»
Научный руководитель
доктор биологических наук, профессор Наталья Анатольевна Черных
Научный консультант
доктор сельскохозяйственных наук Ратников Александр Николаевич
Официальные оппоненты
доктор сельскохозяйственных наук, профессор Плющиков Вадим Геннадьевич
кандидат биологических наук Лой Надежда Николаевна
Ведущая организация
Российский государственный аграрный университет МСХА имени К.А. Тимирязева
Защита диссертации состоится «30» июня 2011 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.203.17 в Российском университете дружбы народов по адресу: 115093, г. Москва, Подольское шоссе, д. 8/5, экологический факультет РУДН
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета дружбы народов по адресу: 117923, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6
Автореферат разослан «28» мая 2011 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, <у /___
кандидат биологических наук, доцент гИл'г' Карпухина Е.А.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Охрана окружающей среды в современном мире занимает одно из ведущих мест среди множества проблем, стоящих перед человечеством. Это связано с техногенным загрязнением значительных по масштабам территорий в результате хозяйственной деятельности человека. Техногенное загрязнение стало одним из наиболее значимых экологических факторов, определяющих новые условия существования и эволюции всей биоты, включая человека. Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) сельскохозяйственных угодий в Российской Федерации обусловлено преимущественно выбросами промышленных, энергетических, химических предприятий, а также ненормированным применением средств химизации, к которым относятся минеральные удобрения и некоторые мелиоранты, средства химической защиты растений от вредителей и болезней и др.
Загрязнение почв ТМ в настоящее время выявлено во всех промышленно развитых регионах Российской Федерации. Ареалы распространения техногенных выбросов вокруг промышленных комплексов охватывают площадь 18 млн. га, что составляет около 1% общей площади Российской Федерации. Площадь почвенного покрова, загрязненного ТМ, составляет по ориентировочным оценкам 3,6 млн. га (Романенко Г.А. Концепция, 2003). Более 1 млн. га почв сельскохозяйственных угодий загрязнено особо токсичными элементами (I класс опасности) и около 2,3 млн. га - токсичными (II класс опасности) (Научные основы ведения.., 2004).
Опасность для человека и других представителей биоты ТМ представляют в том случае, когда накапливаются в организме в токсических концентрациях. Для ТМ в принципе не существует механизмов самоочищения - они лишь перемещаются из одного природного резервуара в другой.
Обеспечение получения в загрязненных районах сельскохозяйственной продукции, отвечающей экологическим стандартам, крайне важно для поддержания инфраструктуры сельских районов и создания благополучной социальной обстановки на техногенно загрязненных территориях. Решение этих задач является весьма актуальным для сельскохозяйственного производства.
Разработка комплекса мероприятий по улучшению химико-токсикологической обстановки в сельском хозяйстве и получению продукции, соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам, базируется на изучении закономерностей поступления ТМ в растения в зависимости от вида металла, его свойств, форм выпадений на агроценозы и уровня загрязнения почвы. В настоящее время информации о воздействии ТМ на почвенный микробоценоз и биологическую активность почвы, характеризующие уровень ее плодородия, недостаточно. Этот аспект проблемы особенно важен при разработке технологий и приемов, ориентированных на снижение негативного действия ТМ на агроценозы и экологизацию земледелия.
Цель и задачи исследования.
Целью работы является изучение количественных параметров перехода тяжелых металлов в растения и оценка технологических приемов получения экологически безопасной продукции растениеводства на техногенно загрязненных территориях.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• изучить размеры перехода Сс1, Zn, Си в сельскохозяйственные культуры при загрязнении дерново-подзолистых почв;
• исследовать влияние тяжелых металлов (Сс1, Ъп, Си) на продуктивность сельскохозяйственных культур;
• изучить влияние тяжелых металлов (Сё, 2п, Си) на показатели биологической активности дерново-подзолистых почв;
• оценить влияние новых видов комплексных удобрений (Супродит) на поступление Сс1, Zn, Си из почвы в растения, их продуктивность и вынос ТМ с хозяйственно-ценной части урожая;
• выявить эффективность различных технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур, направленных на минимизацию накопления ТМ в продукции растение-
водства на дерново-подзолистых почвах (на примере Центрального региона Российской Федерации).
Теоретический вклад и научная новизна работы.
Проведен анализ и обобщен материал по поведению ТМ в компонентах агроэкосистем, технологическим приемам, направленным на минимизацию накопления загрязнителей в продукции растениеводства.
Проведена количественная оценка перехода Сё, Zn, Си в продукцию растениеводства при загрязнении почв тяжелыми металлами в различных концентрациях.
Проведены исследования динамики изменения различных показателей биологической активности почвы (потенциальная активность денитрификации и азотфиксации почвы, скорость эмиссии СО2 в почве), ферментативной активности (ферменты - каталаза, инвертаза, де-гидрогеназа), что позволяет получить оценку состояния почвенного микробоценоза и изменения плодородия техногенно загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Оценена эффективность применения впервые разработанного удобрения пролонгированного действия Супродит, промышленных удобрений и природных сорбентов в ограничении перехода Сс1, '¿п, Си в продукцию растениеводства и нивелировании негативного действия ТМ на урожайность и биологическую активность почвы.
Практическая значимость результатов исследований.
Новые экспериментальные данные могут быть полезны при решении практических вопросов, связанных с рациональным землепользованием, рекультивацией земель, оптимизацией сельскохозяйственного производства, получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на загрязненных тяжелыми металлами территориях.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что гарантированное получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на загрязненной ТМ дерново-подзолистой почве достигается различными технологическими приемами, в том числе внедрением новых приемов (применение природных и искусственных сорбентов), способствующих минимизации накопления Сс1, Си, Хп зерновыми культурами, кормовыми бобами, картофелем. Наиболее перспективным технологическим приемом является применение впервые разработанного удобрения пролонгированного действия Супродит. Показано, что данное удобрение находит применение в хозяйствах Калужской и Брянской областей.
Получены: Патент (в соавторстве) на способ получения Супродита (Федеральная служба по интеллектуальной собственности, № 2336257 от 20.10.2008 г.) и два авторских свидетельства (в соавторстве) о депонировании и регистрации объекта интеллектуальной собственности (№12412 от 03.09.2007 г.; №13890 от 27.06.2008), а также Диплом и Серебряная медаль «За разработку высокоэффективного комплексного удобрения пролонгированного действия Супродит» (9-ая Российская агропромышленная выставка, 2007 г.).
Имеются акты производственных испытаний нового комплексного удобрения пролонгированного действия (Супродит).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Выявлены и оценены закономерности влияния ТМ (Сс1, Си, Тп) в зависимости от их содержания в почве, на продуктивность сельскохозяйственных культур и накопление загрязняющих веществ в продукции растениеводства.
2. Установлена эффективность действия агрохимических средств, природных и искусственных сорбентов по минимизации накопления ТМ (С(1, Си, Тп) в продукции растениеводства.
3. Разработано новое комплексное удобрение пролонгированного действия Супродит, применение которого на загрязненных тяжелыми металлами почвах позволяет получать растениеводческую продукцию соответствующего принятым в России нормативам качества.
4. Экспериментально доказано положительное действие Супродита и природных мелиорантов на биологическую активность почвы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных и всероссийских конференциях, в том числе на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационно-технологические основы развития земледелия» (Курск, 2006), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2006), Всероссийской конференции научно-практических итогов реализации проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований в ходе регионального конкурса «ЦЕНТР» в Центральном федеральном округе (Тамбов, 2007), Международном экологическом симпозиуме «Экологические и инженерно-экономические аспекты жизнеобеспечения» (Ганновер, 2007), Международной научной конференции «Сельское хозяйство и климатические изменения» (Саксония, 2010).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 19 печатных работах в виде научных статей, патента и авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах, включает введение, пять глав, выводы, 46 таблиц, 15 рисунков, список литературы из 216 наименований.
Благодарность. Автор выражает искреннюю благодарность и глубокую признательность научному консультанту, доктору сельскохозяйственных наук А Н. Ратникову и научному руководителю, доктору биологических наук, профессору Н.А. Черных за интересную тему, постановку задачи и постоянную помощь в работе. Также автор благодарит коллектив лаборатории № 8 Государственного научного учреждения «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ ВНИИСХРАЭ РАСХН) за помощь в подготовке и проведении экспериментов, постоянную поддержку и неоценимые советы.
ОБЪЕКТЫ II МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Объекты исследований. Объектами исследования являлись тяжелые металлы Сс1, 7л\ и Си, существенно различающиеся своими свойствами и поведением в системе почва-растение, сельскохозяйственные культуры - ячмень, яровая пшеница, овес, редис и картофель, биологическая активность почв, новое комплексное удобрение пролонгированного действия Супродит.
Методики исследований.
Исследования поведения тяжелых металлов в системе почва-растения и апробация технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур, направленных на получение экологически безопасной продукции растениеводства, проводились в серии вегетационных и микрополевых опытов на базе ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной радиологии и агроэкологии РАСХН» (г. Обнинск)
1) Оценка фитотоксичности различных уровней загрязнения дерново-подзолистой супесчаной почвы ТМ (С4 Zn) на продуктивность сельскохозяйственных культур, качество хозяйственно-ценной части урожая проводилась в микрополевом 1-нолетнем опыте с выращиванием ячменя (сорт «Эльф») и редиса (сорт «Жара»), Дозы внесения Сс1 - 1; 5; 10; 20; 50 мг/кг почвы и Ъп - 125; 250; 500; 1000; 2000 мг/кг. Минеральные удобрения при возделывании ячменя вносили в дозе МодРодКвд (90 кг на га д.в.), а при возделывании редиса -МюоР|ооК|оо(ЮО кг на га д.в.). Площадь опытных делянок -4 м2 (2 х 2), повторность опыта -4-х кратная.
2) Влияние природных минералов (вермикулит, палыгорскитовая глина) на урожайность сельскохозяйственных культур, микробиологическую активность почвы (потенциальная активность азотфиксации, денитрификации, дыхания почвы) и качество продукции растениеводства при химическом загрязнении почвы Сс1, '/.п, Си проводилось в микрополевых 2-х и 3-хлетних опытах со следующим чередованием выращивания культур: овес (с.Скакун), ячмень (с.Эльф); бобы (с.Остерлецкие), картофель (с.Удача), яровая пшеница (с.Энита).
а) Схема 2-х летнего опыта при возделывании овса и ячменя включала 1. МадРэдКдо -фон; 2. Фон + С^о мг/кг почвы; 3. Фон + С(1ю мг/кг почвы + палыгорскитовая глина 10 т/га; 4. Фон + Сс1ю мг/кг почвы + вермикулит 5 т/га; Уборка урожая овса и ячменя проводилась в
фазу технической спелости. Площадь опытных делянок - 2 х 2 = 4 м2, повторность - 3-х кратная.
б) Схема 3-х летнего опыта при возделывании кормовых бобов в 2008 г. включала: 1.Контроль (без удобрений); 2. ИзоРбоКбо - фон; 3. Фон + Сс115 мг/кг почвы; 4.Фон + вермикулит (5 т/га) + С(1|5 мг/кг почвы; 5. Фон + Кбо + 0(1(5 мг/кг почвы.
Схема опыта при возделывании картофеля в 2009 г.: 1. Контроль (без удобрений); 2. МюоРюоКюо - фон; 3. Фон + С<3[5 мг/кг почвы (внесен в 2008 г.); 4. Фон + вермикулит (5 т/га) + 0(1)5 мг/кг почвы (вермикулит и Сс1|5 внесены в 2008 году); 5. Фон + Ккю+С<]|5 мг/кг почвы (С(1 внесены в 2008 г.)
Схема опыта при возделывании яровой пшеницы в 2010 г.: 1. Контроль (без удобрений); 2. КэдРвдКэд - фон; 3. Фон + Сс1|5 мг/кг почвы (внесен в 2008 г.); 4. Фон + вермикулит (5 т/га) + Сс115 мг/кг почвы (вермикулит и С(1|5 внесены в 2008 году); 5. Фон + К9(> +С(1|5 мг/кг почвы (С<1 внесены в 2008 г.).
Площадь опытных делянок - 4 м2, повторность - 3-х кратная.
Агрохимическая характеристика почв до проведения опытов
Почва рНкс! Р2О5 К20 Са+2 м8+2 Емкость поглощения Нг Гумус, %
мг/100 г почвы мг-экв/100 г почвы
Дерново-подзолистая супесчаная* 4,5 7,8 6,5 1,5 0,4 8,3 3,7 1,2
Дерново-подзолистая легкосуглинистая* 6,0 22,2 3,9 18,4 2,0 22,0 0,8 1,7
Дерново-подзолистая среднесуглинистая* * 6,2 25,3 10,7 18,6 2,8 22,9 0,4 2,3
Примечание: *- полевые опыты; **- вегетационные.
3) Влияние агрохимических средств (№К, нитрофоска) и Супродита на урожайность сельскохозяйственных культур, микробиологическую активность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы (денитрификация, дыхание почвы, активность почвенных ферментов -дегидрогеназа, инвертаза, каталаза) и качество продукции растениеводства при химическом загрязнении почвы Сс1, Zn, Си проводилось в вегетационных 2-хлетних опытах с выращиванием ячменя (с.Эльф), ярового ячменя (с.Нур), яровой пшеницы (с.Энита).
Тяжелые металлы вносили в виде растворов сернокислых солей при перемешивании в увлажненную до 60% ПВ почву. Питательные элементы (И; Р2О5; К2О) вносили в количестве 0,15 г/кг почвы в виде растворов солей МЦЫОз, КН2РО4 и КгБОд. Модифицированный сорбент (И - 0,7%; Р2О5 - 11%; К2О - 13,0%) применяли в количестве 0,5 г/кг почвы. Комплексное удобрение - нитрофоску вносили в количестве 4,8 г на сосуд, новое комплексное удобрение Супродит (Ы - 14%; Р205 - 15,7%; К20 - И,2%) - 5,6 г на сосуд.
а) схема опыта при возделывании ячменя (с.Эльф) включала: ^циРо.иКо.и - фон; 2. Фон + Сс16 мг/кг почвы; 3. Фон + '¿п 600 мг/кг почвы; 4. Фон + Си 390 мг/кг почвы; 5. Фон + Сд 6 мг/кг почвы + модифицированный сорбент; 6. Фон + 2п 600 мг/кг почвы + модифицированный сорбент; 7. Фон + Си 390 мг/кг почвы + модифицированный сорбент.
б) схемы опытов при возделывании ярового ячменя (с.Нур) и яровой пшеницы были одинаковы и включали: 1. Ко^Ро.иКо.и - фон 1; 2. Фон 1 + СЛ 6 мг/кг почвы; 3. Фон 1 + Zn 600 мг/кг почвы; 4. Фон 1 + Си 390 мг/кг почвы; 5. Супродит (1,4 г/кг почвы) - фон 2; 6. Фон 2 + С<16 мг/кг почвы; 7. Фон 2 + Zr^ 600 мг/кг почвы; 8. Фон 2 + Си 390 мг/кг почвы; 9. Нитрофоска (1,2 г/кг почвы) - фон 3; 10. Фон 3 + Сс16 мг/кг почвы; 11. Фон 3 +Zr^ 600 мг/кг почвы; 12. Фон 3 + Си 390 мг/кг почвы.
Повторность опытов 4-х кратная. Планирование экспериментов осуществляли по методике Журбицкого З.И. (1968), анализ структуры урожая после уборки зерновых культур в вегетационных и полевых опытах и статистическую обработку данных проводили по Доспехову Б. А. (1972).
Для определения потенциальной активности азотфиксации, денитрификации и скорости эмиссии С02 в почве (дыхание почвы), ферментативной активности (определение дегид-рогеназы, каталазы и инвертазы) при выращивании ярового ячменя на почве, загрязненной ТМ, отбирали пробы почвы в фазу выхода в трубку, колошения и в фазу полной спелости (уборка урожая).
Все агрохимические показатели почв: содержание гумуса, рН, гидролитическую кислотность, сумму обменных оснований, содержание подвижного фосфора и обменного калия - определяли по стандартным методикам (Аринушкина, 1970; Практикум по агрохимии, 2001). При этом руководствовались ГОСТами: ГОСТ 26213-91; ГОСТ 6483-95; ГОСТ 2620791; ГОСТ 26487-85.
При определении подвижной, кислоторастворимой и труднодоступной форм Cd, Си, Zn в почвах руководствовались «Методическими указаниями» ЦИНАО (1993).
Определение потенциальной активности азотфиксации, денитрификации и дыхания почвы (скорости эмиссии СОг в почве) осуществляли на газовом хроматографе Модель 3700 по методике МГУ (Звягинцев Д.Г., Умаров М.М. и др., 199J). Анализ ферментативной активности почвы (определение активности каталазы, дегидрогеназы проводили по Хазиеву Ф.Х. (1991).
Определение содержания ТМ в зерне и соломе проводили атомно-абсорбционным способом по методике ЦИНАО (1993 г.). При этом руководствовались ОСТ 10125-96.
Математическую обработку результатов исследований, включавшую расчет статистических оценок, выполняли с использованием пакета прикладных программ в составе Microsoft Excel 2007 с 95% - ным уровнем значимости результатов.
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ОБСУЖДЕНИЕ
Накопление тяжелых металлов (Cd, Zn) в урожае сельскохозяйственных культур в
зависимости от уровня загрязнения дерново-подзолистой супесчаной почвы
В полевом опыте изучали влияние различных уровней загрязнения дерново - подзолистой супесчаной почвы в воднорастворимой форме: Cd в концентрации - 0; 1; 5; 10; 20; 50 мг/кг почвы или 0, 3, 15, 30, 60, 150 кг/га и Zn в концентрации - 0; 125; 250; 500; 1000; 2000 мг/кг почвы или 0, 375, 750, 1500, 3000, 6000 кг/га на продуктивность и накопление ТМ в урожае ярового ячменя.
Загрязнение дерново-подзолистой супесчаной почвы Cd в концентрации 10 мг/кг приводит к снижению урожая зерна на 36%. С ростом уровня загрязнения почвы Cd до 20 мг/кг продуктивность ячменя снижается на 83%. Концентрация Cd 50 мг/кг почвы вызывает стерильность колосьев, урожая зерна ячменя не получено (табл. 1).
Величина токсического эффекта ТМ зависит от уровня плодородия почвы. Загрязнение хорошо окультуренной дерново-подзолистой супесчаной почвы Cd в концентрации 70 мг/кг вызывает снижение урожая зерна яровой пшеницы на 25%. (Юдинцева и др., 1988).
Негативное влияние различных концентраций Zn в почве неоднозначно отразилось на продуктивности ярового ячменя. Продуктивность ячменя при уровне загрязнения почвы Zn 750 кг/га (концентрация 250 мг/кг почвы) снижается на 8% по сравнению с контролем. При концентрации Zn 500 мг/кг почвы урожай ячменя составляет 31% от контроля. Резкое падение урожайности ячменя на 100% наблюдается при загрязнении почвы Zn 1000 мг/кг. Полная гибель растений наступает в ранние фазы их развития при концентрации Zn 2000 мг/кг почвы.
Минимальное накопление Cd в зерне ячменя при концентрации токсиканта 1 мг/кг почвы. С ростом уровня загрязнения почвы от 1 мг/кг до 20 мг/кг поглощение Cd растениями и накопление в зерне увеличивается в 13,8 раза. Загрязнение дерново-подзолистой супесчаной почвы с рН 4,5 Cd в растворимом виде не гарантирует получение зерна (продовольственного), соответствующего установленным стандартам при концентрации 1 мг/кг.
Таблица 1. Продуктивность ячменя и содержание Сё и Ъъ в урожае (зерно) на дерново-подзолистой супесчаной почве
Кадмий Цинк
Концентрация в почве, мг/кг Урожай зерна, ц/га Содержание С<1 в зерне, мг/кг Вынос Cd с зерном, мг/м2 Концентрация в почве, мг/кг Урожай зерна, ц/га Содержание Zn в зерне, мг/кг Вынос Ъл с зерном, мг/м2
0 31,4 0,02±0,001 0,006 0 33,5 23,4±0,47 7,8
1 30,8 0,20±0,010 0,062 125 31,2 45,7±1,88 14,3
5 26,3 0,41±0,016 0,108 250 30,9 65,1±2,80 20,1
10 20,1 1,25±0,108 0,251 500 10,5 96,0±3,92 10,1
20 5,2 2,75±0,138 0,143 1000 Нет зерна
50 Нет зерна 2000 Гибель растений
НСР05 1,4 | | НСР05 1,6 | |
* ПДК Сс) для зерна - Сан ПиН-01 - 0,1 мг/кг
ПДК7.п для черна-СанПкН-96- 50 мг/кг
На почве, загрязненной Zn в концентрации 125 мг/кг, получение зерна, соответствующего санитарно-гигиеническим нормативам (СанПиН-96), возможно. С увеличением концентрации Ъх\. от 125 до 500 мг/кг содержание элемента в зерне ячменя возрастает в 2 раза. Максимальное количество Zn в зерне накапливается при концентрации 500 мг/кг почвы.
Тяжелые металлы, внесенные в дерново-подзолистую почву в виде растворов, находятся в обменной и подвижной формах (табл. 2) и легко доступны для корневой системы растений. Интенсивное поступление Cd и Zn в растения связано с низким уровнем плодородия дерново-подзолистой супесчаной почвы и низкой её сорбционной способностью.
Таблица 2. Формы нахождения С(1 и 2п в зависимости от их концентрации в дерново-подзолистой супесчаной почве
Доза Cd, мг/кг почвы Формы нахождения Cd в почве, % от общего содержания Доза Zn, мг/кг почвы Формы нахождения Zn в почве, % от общего содержания
обменная подвижная кислотора-створимая обменная подвижная кислотора-створимая
1 29,6 32,2 27,0 125 30,0 41,1 23,1
5 38,3 29,0 22,4 250 31,3 42,0 20,7
10 39,8 32,2 19,3 500 32,2 41,0 23,0
20 41,6 34,3 15,5 1000 34,5 40,5 18,7
50 42,7 34,8 15,8 2000 35,5 40,5 17,5
По результатам исследований при загрязнении дерново-подзолистой супесчаной почвы Сс1 и Zn прямой пропорциональной зависимости между их концентрацией в почве и накоплением в зерне ячменя не выявлено.
Влияние промышленных минеральных удобрений и нового комплексного удобрения Супродита на продуктивность и накопление С<1, Хп, Си в урожае зерновых культур
В условиях вегетационных опытов на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве изучали действие С<1, Zn, Си на продуктивность зерновых культур и накопление их в урожае в зависимости от применения различных видов и форм минеральных удобрений. Дозы Cd - 6 мг/кг, 7_п - 600 мг/кг, Си - 390 мг/кг были выбраны как соответствующие уровню загрязнения 3 ПДК (Методические указания по проведению комплексного мониторинга, 2003), что возможно вблизи промышленных предприятий или на случай нештатной ситуации.
Комплексная оценка влияния простых минеральных удобрений, содержащих один или два элемента питания растений (N1 ^МОз, КН2РО4, КС1), комплексного удобрения промыш-
ленного производства - нитрофоски и нового комплексного удобрения Супродита на поступление Сё, Хп, Си из загрязненной почвы в растения, изменение показателей биологической активности почвы и снижение фитотоксичности ТМ проводилась в течение двух лет с яровым ячменем (2007-2008 гг.) и яровой пшеницей (2009-2010 гг.).
Опыт с яровым ячменем. Загрязнение дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы С<1, 2п, Си в концентрации 3 ОДК приводит к снижению урожая зерна в первый год опыта на 1038% в зависимости от вида и форм используемых удобрений. Максимальные потери урожая зерна отмечены при загрязнении почвы '¿п в концентрации 600 мг/кг на фоне применения простых минеральных удобрений (фон 1). Применение Супродита при выращивании ячменя способствует повышению урожая зерна на незагрязненной почве по сравнению с простыми минеральными удобрениями и нитрофоской (фон 3) в 1,2-1,3 раза. Продуктивность ячменя на загрязненной Сс) почве при использовании нитрофоски снижается на 20%, а при внесении Супродита - на 13%. В первый год опыта урожай зерна ячменя на загрязненной Сс1, Ъл, Си почве при внесении Супродита в 1,2-1,4 раза выше, чем на фоне простых минеральных удобрений и нитрофоски (табл. 3).
Таблица 3. Влияние Супродита и нитрофоски на продуктивность и накопление Сд, 2п, Си в зерне ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (1-й год опыта)
Вариант Масса, г/сосуд Масса, г/сосуд
зерно солома С(1 Хп Си
N0.15P0.15K.0_15-фон 1 13,5 32,7 0,03±0,003 42,3±1,9 8,3±0,49
Фон 1 + СсЦ мг/кг почвы 11,3 28,8 1,58±0,03 45,3±0,9 7,7±0,35
Фон 1 + 2Пб00 мг/кг почвы 8,3 26,7 0,08±0,008 312,5±5,9 9,0±0,51
Фон 1 + Сиз90 мг/кг почвы 10,1 17,3 0,04±0,005 43,4±0,8 18,3±1,02
Супродит (1,4 г/кг почвы) - фон 2 15,8 33,0 0,05±0,005 42,1 ±2,5 8,8±0,33
Фон 2 + СсЦ мг/кг почвы 13,8 31,5 0,63±0,01 42,9±1,5 8,9±0,49
Фон 2 + 2.х\та мг/кг почвы 10,6 30,7 0,07±0,006 155,8±3,6 9,0±0,54
Фон 2 + Сиззд мг/кг почвы 14,2 26,3 0,08±0,003 44,1±1,9 10,7±0,59
Нитрофоска (1,2 г/кг) - фон 3 12,6 28,2 0,05±0,002 40,9±3,0 8,1 ±0,33
Фон 3 + Сс1б мг/кг почвы 10,1 25,4 1,49±0,02 44,5±3,9 8,7±0,47
Фон 3 + Хпти мг/кг почвы 8,5 24,6 0,06±0,001 237,2±9,8 7,7±0,48
Фон 3 + Сиз90 мг/кг почвы 11,3 23,1 0,02±0,002 43,9±1,8 16,7±0,98
НСРоз 1,2 2,3
Через год после взаимодействия Ъл с почвой потери урожая зерна ячменя составляют 43-58%. При загрязнении почвы С<1 в концентрации 6 мг/кг в зависимости от вида вносимых минеральных удобрений урожай снижается на 11-26%, причем наибольшие потери урожая в варианте с нитрофоской (табл. 4). Супродит ингибирует фитотоксичность Сс1. Преимущество нитрофоски в сокращении недобора зерна проявилось на почве, загрязненной Си в концентрации 390 мг/кг. Эффективность Супродита по снижению отрицательного действия С<3 и Zn на рост, развитие и формирование продуктивности ячменя на второй год опыта в 1,4 раза выше, чем нитрофоски.
Поступление С<1 из загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы в период созревания ячменя практически не зависело от форм применения минеральных удобрений промышленного производства как в первый год опыта (табл. 3), так и через год после внесения токсиканта в почву в количестве 6 мг/кг (табл. 4).
Внесение Супродита, обладающего высокой емкостью поглощения и содержащего азот, фосфор, калий в соотношении №Р:К=1:1,2:1,3 в почву, загрязненную С<1, способствует снижению накопления токсиканта в зерне по сравнению с нитрофоской (фон 3) и простыми минеральными удобрениями (фон 1) в 2,4-2,5 раза.
Таблица 4. Влияние Супродита и нитрофоски на продуктивность и накопление Сё, Ъл, Си в зерне ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (2-й год опыта)
Вариант Масса, г/сосуд Масса, г/сосуд
зерно солома са Ъа Си
N0.15P0.15K0.15- фон 1 12,2 31,5 0,04±0,001 45,1±5,8 9,4±0,51
Фон 1 + Сёб мг/кг почвы 10,6 29,9 133±0,017 44,2±2,5 8,9±0,43
Фон 1 + гпбоо мг/кг почвы 5,1 22,5 0,03±0,007 320,7±12,5 9,3±0,54
Фон 1 + Сизад мг/кг почвы 6,3 20,1 0,05±0,004 48,4±1,5 19,1±0,91
Супродит (1,4 г/кг почвы) - фон 2 13,2 32,6 0,06±0,009 37,8±0,9 9,2±0,58
Фон 2 + Сё« мг/кг почвы 11,7 28,5 0,53±0,01 39,2±2,1 8,6±0,39
Фон 2 + /,Пмю мг/кг почвы 7,5 25,5 0,06±0,007 172,2±9,7 9,4±0,45
Фон 2 + Сизад мг/кг почвы 12,1 19,2 0,04±0,003 45,3±0,7 12,3±0,58
Нитрофоска (1,2 г/кг) - фон 3 10,9 29,8 0,07±0,009 46,4±0,4 9,6±0,22
Фон 3 + Сёл мг/кг почвы 8,1 22,7 1,34±0,05 46,0±0,5 9,5±0,39
Фон 3 + 2Пбоо мг/кг почвы 5,3 25,6 0,04±0,009 258,0±12,5 9,8±0,59
Фон 3 + Сиз90 мг/кг почвы 11,1 28,2 0,05±0,01 49,0±1,6 18,9±0,31
НСР„5 1,1 1,8
Наибольшее количество Zn накапливается в зерне ячменя при использовании простых минеральных удобрений. Супродит, внесенный в почву, загрязненную 7-п в концентрации 600 мг/кг, ограничивает его поступление в растения в 2,0 раза. Содержание Хп в зерне ячменя при использовании нитрофоски в 1,3 раза ниже, чем в варианте с простыми минеральными удобрениями. При повышенном количестве Си в почве - 390 мг/кг - применение Супродита позволяет получать зерно, соответствующее санитарно-гигиеническим нормативам. В первый год опыта эффективность Супродита по уменьшению накопления Си в зерне ячменя в 1,6 раза выше, чем нитрофоски (табл. 3).
При 2-х летнем нахождении ТМ в варианте с внесением простых минеральных удобрений в зерне ячменя только содержание Сё снижается в 1,2 раза, а поступление Zn и Си в растения и накопление в зерне повышается на 2-4% (табл. 4).
Эффективность Супродита по ограничению перехода Сс1 в ячмень на 2-ой год опыта такая же, как и в первый. Следует подчеркнуть, что на почвах, загрязненных С(1б мг/кг, получение зерна, соответствующего установленным санитарно-гигиеническим нормативам, на всех исследуемых агрофонах не гарантируется.
Применение Супродита на угодьях с повышенной концентрацией Ъа в почве способствует снижению содержания токсиканта в зерне ячменя в 1,9 раза по сравнению с внесением простых минеральных удобрений. Но это не обеспечивает получение зерна с содержанием Zn, соответствующего допустимым нормативам, так же как и в первый год опыта. Содержание Zn в зерне ячменя при внесении нитрофоски в 1,2 раза ниже, чем на фоне 1. Эффективность Супродита по снижению накопления Zn в урожае ячменя в 1,5 раза выше, чем нитрофоски.
Накопление Си в урожае при внесении Супродита в 1,6 раза ниже, чем при внесении простых минеральных удобрений. Последействие Супродита по ограничению перехода Си в ячмень в 1,5 раза выше, чем нитрофоски (табл. 4).
Наибольший вынос Сё, Ъх\, Си с урожаем зерна ячменя получен в варианте с внесением простых минеральных удобрений как в первый, так и на второй год опыта (табл. 5). Применение Супродита в технологии возделывания ячменя на загрязненной Сё почве позволяет уменьшить поток токсиканта с урожаем с единицы площади в 2,0-2,3 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями. Эффективность нитрофоски по снижению выноса Сё с зерном значительно ниже и составляет 1,2-1,3 раза.
Вынос Zn с зерном при внесении комплексных удобрений нитрофоски и Супродита в 1,2-1,6 раза ниже, чем при использовании простых минеральных удобрений. Наибольший положительный эффект по уменьшению потока Zn с зерном ячменя получен в варианте с Супродитом. Внесение Супродита в почву, загрязненную Си, способствует сокращению выноса металла с урожаем зерна в 1,2 раза только в первый год наблюдений. Вынос Си с урожаем зерна ячменя при использовании нитрофоски увеличивается по сравнению с простыми
минеральными удобрениями в 1,1 раза в первый год опыта и в 1,8 раза на второй год. Это связано с тем, что при внесении нитрофоски в почву, загрязненную Си в концентрации 390 мг/кг, продуктивность ячменя возрастает по сравнению с вариантом - N0.15P0.15K0.15 в 1,2-1,7 раза (табл. 5).
Таблица 5. Вынос Сё, Ъл, Си с зерном ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, мг/сосуд_
Элемент N0,15^0,15^0,15 Супродит Нитрофоска
Сс1б мг/кг почвы 0,018±0,00 0,014±0,00 0,009±0,00 0,006±0,00 0.015±0,00 0,011 ±0,00
7,П(,т мг/кг почвы 2,594±0,049 1,632±0,064 1.652±0.040 1,292±0,073 2,016±0.088 1,367±0,065
Сиз90 мг/кг почвы 0,185±0.009 0,120±0,007 0,152±0.008 0,149±0,009 0,189±0,010 0,210±0,007
Примечание: * - 1-ый год исследования; ** - 2-ой год исследования.
Опыт с яровой пшеницей. Урожайность зерна яровой пшеницы, возделываемой на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной Сс1, Zn, Си в концентрации 3 ОДК, в зависимости от видов и форм минеральных удобрений в первый год опыта снижается на 1045% (табл. 6). Потери урожая зерна при загрязнении почвы Сс1 в концентрации 6 мг/кг составляют 10-24%, причем наименьшие потери отмечены в варианте с нитрофоской. Применение комплексных удобрений при возделывании яровой пшеницы на почве, загрязненной С4 повышает урожай зерна в 1,1-1,2 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями как в первый, так и на 2-ой год опыта (табл. 7).
Таблица 6. Влияние Супродита и минеральных удобрений на накопление С<1, Zn, Си в зерне яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (1-й год опыта)
Вариант Масса, г/сосуд Содержание элементов в зерне, мг/кг
зерно солома са Ха Си
N0.15P0.15K0.15 - фон 1 12,3 23,9 0,010±0 43,1 ±0,9 5,6±0,4
Фон 1 + Сс1« мг/кг почвы 9,4 20,2 2,53±0,009 40,4±1,5 4,7±0,3
Фон 1 + 7П(,т мг/кг почвы 6,8 15,4 0,03±0,008 266,9±18,0 4,0±0,5
Фон 1 + Сиз9(1 мг/кг почвы 8,1 21,1 0,02±0,007 42,3±1,7 19,3±0,9
Супродит (1,4 г/кг почвы) - фон 2 13,5 24,2 0,015±0,002 45,3±0,8 4,9±0,4
Фон 2 + Сс!« мг/кг почвы 10,8 22,6 1,50±0,07 41,8±1,5 5,3±0,5
Фон 2 + Хпыю мг/кг почвы 9,1 15,2 0,02±0,008 164,9±9,5 5,1±0,3
Фон 2 + Сиз90 мг/кг почвы 11,9 24,1 0,03±0,007 43,8±1,4 11,5±0,5
Нитрофоска (1,2 г/кг) - фон 3 11,6 22,8 0,015±0,001 43,6±0,6 5,1±0,3
Фон 3 + Сё/, мг/кг почвы 10,4 19,4 3,06±0,12 42,8±0,9 5,7±0,2
Фон 3 + 2п6(ю мг/кг почвы 7,4 18,2 0,015±0,003 247,4±10,0 4,9±0,4
Фон 3 + С из 90 мг/кг почвы 10,5 19,3 0,020±0,005 39,8±1,2 15,7±0,6
НСР05 1,2 1,8
При загрязнении почвы Си в концентрации 390 мг/кг урожай зерна в зависимости от агрофона в первый год на 10-34%, а на 2-ой год на 7-14% ниже, чем на незагрязненной почве. Наименьшие потери урожая получены на почве, содержащей Си, при использовании Супродита - 7-12% и нитрофоски - 8-10%.
Наибольшее отрицательное влияние на рост, развитие и формирование продуктивности яровой пшеницы оказывает 7п в концентрации 600 мг/кг почвы, особенно в варианте с использованием простых минеральных удобрений, где недобор урожая зерна составил в первый год 45%. Супродит нивелирует отрицательное действие 7л на ростовые процессы и формирование зерна как в первый год, так и на 2-ой год опыта (табл. 7).
Применение комплексных удобрений нитрофоски и Супродита на техногенно загрязненной почве в первый год опыта обеспечивает получение урожая зерна на 8-32% выше в зависимости от химических свойств токсикантов, чем при внесении простых минеральных
удобрений. Такая же закономерность отмечена и при двухлетней инкубации Сё, Та, Си в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве.
При выращивании яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной Сс1 в концентрации 6 мг/кг, поступление токсиканта в растения и накопление в зерне в варианте с внесением нитрофоски в 1,2 раза выше, чем при использовании простых минеральных удобрений (фон 1). Супродит ограничивает переход Сс1 в растения в 1,7-2,0 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями.
При загрязнении почвы Хп в концентрации 600 мг/кг содержание токсиканта в зерне яровой пшеницы при внесении нитрофоски и Супродита снижается в 1,1-1,6 раза (табл. 6), как в первый год опыта, так и во второй (табл. 7). Эффективность Супродита по ограничению перехода 7.п из почвы в растения в первый год в 1,5 раза выше, чем нитрофоски. Наибольшее количество Zn и Си в зерне яровой пшеницы накапливается при использовании простых минеральных удобрений (фон 1). Применение нитрофоски способствует снижению накопления Си в урожае в 1,2 раза. Содержание Си в зерно при внесении Супродита в 1,7 раза ниже, чем в варианте с внесением простых минеральных удобрений.
В первый год опыта применение Супродита на почве, загрязненной ТМ в концентрации 3 ОДК, обеспечивает снижение содержания С<1, Хп, Си в зерне яровой пшеницы в 1,4-2,0 раза по сравнению с нитрофоской.
Таблица 7. Влияние Супродита и минеральных удобрений на накопление Сс1, 7.п, Си в зерне яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (2-й год опыта)
Вариант Масса, г/сосуд Содержание элементов в зерне, мг/кг
зерно солома С<1 Ха Си
N0.15P0.15K0.15-фон 1 20,9 27,5 0,02±0,001 37,8±1,2 5,5±0,3
Фон 1 + Сс1б мг/кг почвы 18,4 25,0 1,85±0,11 40,3±1,8 4,7±0,5
Фон 1 + гпбоо мг/кг почвы 15,8 23,5 0,05±0,01 232,5±14,0 3,9±0,2
Фон 1 + Сиз90 мг/кг почвы 17,9 26,9 0,04±0,01 41,4±1,9 19,5±0,7
Супродит - фон 2 25,1 29,6 0,04±0,01 40,8±2,1 4,9±0,6
Фон 2 + Сек мг/кг почвы 22,6 26,9 0,84±0,09 41,6±2,4 5,6±0,4
Фон 2 + гпбоо мг/кг почвы 21,2 25,3 0,06±0,02 128,1±8,9 5,0±0,2
Фон 2 + Сиз90 мг/кг почвы 23,3 30,1 0,07±0,01 42,7±1,5 10,4±0,5
Нитрофоска (1,2 г/кг) - фон 3 22,3 28,8 0,02±0,01 39,9±1,7 4,9±0,3
Фон 3 + Сек мг/кг почвы 19,8 25,2 1,30±0,08 44,3±1,8 5,8±0,2
Фон 3 + 2П600 мг/кг почвы 17,8 23,1 0,06±0,01 193,3±12,0 4,3±0,3
Фон 3 + Сиз90 мг/кг почвы 21,2 24,8 0,04±0,01 40,7±1,5 14,3±0,5
НСР05 1,4 2,2
На второй год опыта комплексные удобрения Супродит и нитрофоска снижают накопление С<1 в зерне в 1,4-2,4 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями Р^о.иРо.пКо,^). Последействие Супродита по снижению поступления С<1 в растения при одинаковом уровне загрязнения почвы выше (до 1,5 раза), чем нитрофоски.
Эффективность Супродита по ограничению перехода 7,п из почвы в растения на второй год составляет 1,8 раза, т.е. выше, чем в год внесения. При загрязнении почвы Ъа положительное действие Супродита как по увеличению продуктивности яровой пшеницы, так и по снижению накопления загрязнителя в урожае проявляется в течение более длительного времени, чем использование нитрофоски. На второй год опыта накопление меди в зерне при применении нитрофоски и Супродита в 1,4-1,9 раза ниже, чем при внесении простых минеральных удобрений. Последействие Супродита и нитрофоски по ограничению перехода Си из загрязненной почвы в растения значительно выше, чем в год внесения.
Внесение Супродита при возделывании яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной ТМ, позволяет уменьшить вынос Сс1 с урожаем зерна в 1,5 раза, а 2п и Си - до 1,2 раза по сравнению с простыми минеральными удобрениями
(фон 1). Эффективность нитрофоски по снижению выноса С<1, ¿п, Си с зерном пшеницы в 1,2-2,0 раза ниже, чем Супродита в первый год опыта. Такая же закономерность отмечена и при двухлетнем нахождении Сс1, Ъп, Си в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (табл. 8).
Таблица 8. Вынос Сс1, 7м, Си с зерном яровой пшеницы на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, мг/сосуд
Элемент Мо,15Ро,15Ко,15 Супродит Нитрофоска
Сёб мг/кг почвы 0.024±0.004 0,034±0,005 0.016±0.002 0,019±0,003 0.032±0.004 0,026±0,002
2Пб00 мг/кг почвы 1.815±0.0227 3,674±0,0345 1,500±0,158 2,716±0,303 1.831±0.165 3,441±0,313
Си390 мг/кг почвы 0,343±0,009 0,349±0,007 0,137±0.008 0,242±0,0024 0.165±0,016 0,303±0,017
Примечание: * - 1-ый год исследования; ** - 2-ой год исследования.
Применение комплексных удобрений в технологиях возделывания зерновых культур на техногенно загрязненных угодьях позволяет получать зерно с меньшим содержанием Сё, Ъл, Си, чем при внесении минеральных удобрений промышленного производства, содержащих только один или два из необходимых для растений элементов питания. В полевых опытах с однолетними и многолетними травами, выполненных в ВНИИСХРАЭ на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, установлено, что содержание С<1 в сене при использовании Супродита снижается до 4-х раз.
Полученные результаты исследований свидетельствуют о перспективности использования нового комплексного удобрения Супродита, обладающего пролонгированным действием, при возделывании яровых зерновых культур на угодьях, загрязненных тяжелыми металлами.
Влияние модифицированного сорбента на продуктивность п накопление С<1, Ъп, Си в урожае ячменя
Комплексная оценка влияния нового агромелиоранта - модифицированного сорбента -на урожайность ячменя, выращенного на загрязненной Сс1, Тп, Си (в концентрации 3 ОДК) почве, поступление ТМ из почвы в растения и микробиологическую активность загрязненной почвы проводилась в условиях вегетационного опыта. Модифицированный сорбент, обладающий свойствами сорбента и минерального удобрения (И - 0,7%; Р2О5 - 11%; К2О -13%), получен в ГНУ ВНИИСХРАЭ.
При загрязнении дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы Cd в концентрации 6 мг/кг урожайность зерна ярового ячменя в первый год опыта на 25% ниже, чем на незагрязненной почве. Присутствие '¿п в концентрации 600 мг/кг почвы оказывает отрицательное влияние на рост и развитие ячменя, что приводит к снижению урожая зерна на 36,0%. Медь, внесенная в количестве 390 мг/кг почвы, не вызывает резкого падения продуктивности ячменя (табл. 9). При двухлетней инкубации С<1, Хп, Си в почве урожай зерна ячменя снижается по сравнению с незагрязненной почвой на 6-46%. Минимальны потери урожая зерна на почве, загрязненной Си в концентрации 390 мг/кг. Максимальное снижение продуктивности ячменя на почве, загрязненной Ъа, 46% (табл. 10). Отрицательное действие Сс1 и Zn на развитие растений и формирование продуктивности ячменя нивелируется при внесении модифицированного сорбента, доводя урожай зерна до 81-84% от фона - Ыо.^Ро.^Кад (1-й год опыта).
Таблица 9. Влияние модифицированного сорбента на накопление Сс1, 2п, Си в зерне ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (1-й год)
Вариант Урожай зерна, г/сосуд Содержание элементов в зерне, мг/кг
С(1 Ъп Си
N0.i5P0.i5K0,15 - фОН 20,1 0,008±0 46,6±2,80 9,4±0,56
Фон + Сс1б мг/кг почвы 15,0 1,45±0,02 45,0±2,00 8,9±0,62
Фон + гпбоо мг/кг почвы 12,9 0,06±0,009 272,9±113 8,8±0,49
Фон + Сиз90 мг/кг почвы 18,2 0,04±0,006 43,5±3,04 14,2±0,75
Фон + Сс1б мг/кг почвы + Н* 17,0 1,08±0,08 43,9±2,25 9,1±0,46
Фон + Хпш мг/кг почвы + 11* 16,2 0,03±0,004 186,3±7,5 8,7±0,35
Фон + Сиз90 мг/кг почвы + Н* 23,3 0,04±0,005 40,9±2,45 10,2±0,41
Примечание: Н* - модифицированный сорбент.
При возделывании ярового ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной Сс1 и Ъл в концентрации 3 ОДК, получение зерна, соответствующего установленным санитарно-гигиеническим нормативам, не гарантируется. Загрязнение почвы Хп в концентрации 600 мг/кг приводит к увеличению его накопления в зерне ячменя в первый год опыта в 4,5 раза по сравнению со значениями допустимых уровней (табл. 9). Внесение модифицированного сорбента в почву ограничивает переход Сс1 в растения в 1,3 раза, но его содержание в зерне в 10,8 выше, чем ПДК. Поступление Си в растения и накопление в зерне ячменя при внесении в почву модифицированного сорбента снижается в 1,4 раза. При внесении агромелиоранта в почву, загрязненную Ъ\\, содержание токсиканта в зерне в первый год опыта снижается в 1,5 раза.
Таблица 10. .Влияние модифицированного сорбента на накопление Сс1, Zn, Си в зерне ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (2-й год опыта)
Вариант Урожай зерна, г/сосуд Содержание элементов в зерне, мг/кг
са Хп Си
^,15Ро.15К0,|5-фОН 19,8 0,009±0 45,5±2,53 7,1 ±0,43
Фон + С<1б мг/кг почвы 15,9 1,33±0,07 43,7±2,19 8,3±0,54
Фон + Хпбоо мг/кг почвы 10,7 0,03±0,004 224,4±10,2 8,9±0,62
Фон + Сиззд мг/кг почвы 18,6 0,02±0,002 44,7±1,79 14,6±0,95
Фон + С<±6 мг/кг почвы + Н* 17,3 0,55±0,03 39,9±1,63 9,1±0,71
Фон + 7пЛ(ю мг/кг почвы + Н* 13,4 0,04±0,003 159,3±5,02 8,9±0,44
Фон + Си390 мг/кг почвы + Н* 19,4 0,05±0,006 42,2±1,81 10,3±0,58
Примечание: Н* - модифицированный сорбент.
Накопление С<1 в зерне ячменя при двухлетней инкубации достигает высоких значений -1,33 мг/кг сухой массы, что превышает установленные нормативы в 13,3 раза. Содержание С(1 в зерне ячменя при внесении модифицированного сорбента в 2,4 раза ниже, чем в варианте без мелиоранта. Но это не гарантирует получение экологически безопасного зерна ячменя на почве, загрязненной С& Загрязнение почвы Ъп в повышенной концентрации приводит к усиленному поступлению токсического элемента в растения и аккумуляцию в зерне. На второй год опыта содержание Ъл в зерне выше ПДК в 2,2 раза. Эффективность модифицированного сорбента по снижению накопления 7ж в зерне ячменя через год после попадания в почву сопоставимо с первым годом. При возделывании ячменя на почве, загрязненной Си в концентрации 390 мг/кг, при внесении модифицированного сорбента возможно получение качественной продукции (продовольственное зерно), соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам.
Влияние агрохимических средств и агромслиорантов на продуктивность н накопление тяжелых металлов в урожае сельскохозяйственных культур
Экспериментальная оценка влияния минеральных удобрений и природных минералов -палыгорскитовой глины и вермикулита - на поступление Сс1 в зерновые культуры из загрязненной дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы проводилась в полевом опыте.
Загрязнение дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Сё в концентрации 10 мг/кг приводит к снижению урожая зерна овса по сравнению с контролем (МэдРздКзд) на 27%. Отрицательное действие Сё на продуктивность овса нивелируется при внесении палыгорскитовой глины и вермикулита (табл. 11). Урожайность ячменя (вторая культура в севообороте) на почве, загрязненной Сё, по сравнению с контролем снижается на 23%.
Повышение емкости катионного обмена почвы, загрязненной Сё, обеспечивает снижение перехода ТМ в растения. Содержание Сё в зерне овса при внесении палыгорскитовой глины снижается в 1,5 раза, а при внесении вермикулита - в 1,6 раза. Вынос Сё с зерном овса (мг/м2) при использовании палыгорскитовой глины и вермикулита в 1,4-1,5 раза меньше, чем на почве без агромелиорантов.
Таблица 11. Влияние природных сорбентов на урожайность овса и ячменя и накопление Сё в зерне на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве
Вариант Овес, действие Ячмень, последействие
Урожай зерна, ц/га Содержание Сё, в зерне, мг/кг Урожай зерна, ц/га Содержание Сё, в зерне, мг/кг
ИиРадКад - контроль 32,4 следы 28,8 следы
ЫздРадК-ад + Сёю мг/кг почвы 23,8 3,02±0,25 22,3 1,86±0,09
МадРадКи) + Сё10 мг/кг + палы-горскитовая глина 10 т/га 25,2 2,06±0,10 25,3 0,88±0,03
ЫуоР90К90 + Сё10 + вермикулит 5 т/га 24,2 1,94±0,15 23,5 1,04±0,05
НСР05 1,3 1,5
Последействие палыгорскитовой глины и вермикулита по ограничению поступления Сё в ячмень значительно выше, чем в год их внесения. Почвенные минералы выполняют барьерные функции на пути поступления ТМ из почвы в растения за счет вхождения катионов внутрь кристаллической решетки минералов, что обеспечивает более полное их поглощение поч-венно-поглощающим комплексом (ППК) и прочность закрепления в поглощенном состоянии. Это приводит к снижению перехода ТМ из почвы в растения.
Содержание Сё в зерне ячменя в вариантах с внесением вермикулита и палыгорскитовой глины на второй год опыта в 1,7-2,1 раза ниже, чем при внесении минеральных удобрений - ЫодРэдКод в загрязненную почву. Вынос Сё с зерном ячменя с единицы площади при внесении природных сорбентов сокращается в 1,7-1,9 раза.
При загрязнении дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Сё в концентрации 10 мг/кг получение зерна (овес, ячмень), соответствующего допустимым уровням на пищевые цели и фураж, затруднено. Содержание Сё в зерне овса в 6,5-10 раз, а в зерне ячменя в 2,96,2 раза выше МДУ (0,3 мг/кг зерна).
Экспериментальная оценка влияния агрохимических средств и вермикулита на поступление Сё в различные сельскохозяйственные культуры проводилась в полевом опыте на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве в севообороте: кормовые бобы, картофель, яровая пшеница.
Кормовые бобы. При загрязнении дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Сё в концентрации 15 мг/кг урожай вегетативной массы кормовых бобов снижается по сравнению с фоном на 28%. Негативное влияние Сё на рост, развитие кормовых бобов и их урожайность нивелируется при внесении вермикулита и калийных удобрений в дозе 120 кг д.в. на 1 га на фоне ИзоРбо (табл. 12).
Таблица 12. Влияние калийных удобрений и вермикулита на продуктивность кормовых бобов и накопление Сё в урожае на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве
Вариант Урожай вегетативной массы, ц/га Содержание Сё в вегетативной массе, мг/кг Вынос Сё с урожаем, мг/м2
Без удобрений 82,9 0,029±0,005 0,024
ИзоРбоКбо - фон 165,3 0,030±0,006 0,049
^оРбоКбо+ Сё|5 мг/кг почвы 119,1 0,707±0,055 0,842
ИзоРбоКбо + вермикулит + Сё15 мг/кг 132,7 0,434±0,018 0,576
ЫзоРбоКбо + К«о + Сё|5 мг/кг почвы 140,2 0,302±0,012 0,464
НСР05 7,6
Поступление Сё в кормовые бобы и накопление в вегетативной массе при внесении вермикулита в почву снижается в 1,6 раза. Внесение дополнительного количества калия (Кбо) в дерново-подзолистую легкосуглинистую почву способствует снижению накопления Сё в корме в 2,3 раза. При загрязнении почвы Сё в концентрации 15 мг/кг на фоне ИзоРбоКш возможно получение силосной массы из кормовых бобов, соответствующей по содержанию металла установленным требованиям. Максимальный вынос Сё с урожаем кормовых бобов отмечен на фоне полного минерального удобрения в дозе ИзоРбоКбо. При внесении вермикулита вынос Сё вегетативной массой с единицы площади уменьшается в 1,5 раза. Применение повышенной дозы калийных удобрений позволяет получить корм с минимальным содержанием Сё (0,302 мг/кг зеленой массы) и снизить вынос с урожаем в 1,8 раза (табл. 12). Картофель. Картофель (с. Удача) возделывали после кормовых бобов по стандартной технологии для Калужской области. Загрязнение почвы Сё приводит к снижению урожайности картофеля на 15%. Потери урожая клубней при внесении вермикулита сокращаются до 7%, а при внесении двойной дозы калия в составе полного минерального удобрения (ЛюоРтоКгоо) до 5% по сравнению с незагрязненной почвой (ЫкйР|0„К|!Ю).
При возделывании картофеля на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве, загрязненной Сё, содержание металла в клубнях в 4,3-10 раз выше установленных нормативов (СанПиН - 01). Применение вермикулита ограничивает переход Сё из почвы в растения в 1,4 раза. Внесение повышенной дозы калийных удобрений (ЫюоРюоКгоо) не позволяет получить картофель, пригодный на продовольственные цели, несмотря на то, что содержание Сё в клубнях снижается в 2,3 раза. Поток Сё с урожаем картофеля с единицы площади при внесении вермикулита уменьшается в 1,3 раза. Максимальный положительный эффект по снижению выноса Сё с урожаем достигается при внесении двойной дозы калия (К2оо) на фоне ИюоРюо, который составляет 2,1 раза (табл. 13).
Таблица 13. Влияние калийных удобрений и вермикулита (последействие) на продуктивность и накопление Сё в клубнях картофеля (2-ой год опыта)
Вариант Урожай клубней, ц/га Содержание Сё в клубнях, мг/кг Вынос Сё с урожаем клубней, мг/м2
Без удобрений 67,5 0,025±0,00 0,017
Г^ооР|ооК|оо - фон 380,8 0,026±0,001 0,099
МшоРюоКюо + Сён мг/кг почвы 325,0 0,304±0,013 0,988
N1 ооР 1 ооК 1 оо+вермикулит+Сё 15 мг/кг 355,7 0,212±0,017 0,754
1^|ооРюоК|оо+Кюо+Сё|5 мг/кг почвы 360,4 0,130±0,008 0,469
НСРоз 18,8
Яровая пшеница. Предшественник яровой пшеницы (с. Энита ) - картофель. Через 3 года после внесения Сс1 в почву при возделывании яровой пшеницы потери урожая зерна составляют 23%. Недобор зерна при внесении вермикулита в почву, загрязненную С<1, сокращается до 13,5%, а при дополнительной заправке почвы калием (К.м) на фоне Ы^РадК^ -до10% по сравнению с незагрязненной почвой - ЫэдРздКто (табл. 14).
Содержание С(1 в зерне яровой пшеницы при внесении вермикулита в 1,4 раза меньше, чем в вариантах без агромелиоранта. Переход С<1 из почвы в растения и накопление в зерне снижается при внесении повышенной дозы калия (ЬЦРодКщо) в 1,8 раза.
Таблица 14. Влияние калийных удобрений и вермикулита на продуктивность яровой пшеницы и накопление С<] в зерне (3-й год опыта)
Вариант Урожай зерна, ц/га Содержание Сё в зерне, мг/кг Вынос Сё с зерном, мг/м2
Контроль(без удобрений) 11,2 0,02±0,008 0,002
МадРадКэд - фОН 29,7 0,03±0,005 0,009
ЫэдРадКэд + Сё 15 мг/кг почвы 22,9 1,22±0,057 0,279
ЫчоРэдКс» + вермикулит + Сё 15 мг/кг 25,7 0,85±0,083 0,218
ИадРадК^ + Кзд + Сё 15 мг/кг почвы 26,8 0,69±0,089 0,185
НСР„5 3,1
Вынос Сс1 с зерном яровой пшеницы при однократном внесении вермикулита уменьшается в 1,3 раза. Максимальный положительный эффект по снижению выноса Сс1 с урожаем зерна с единицы площади при внесении Ы^РздК^о- Получение продовольственного зерна с содержанием Сё, соответствующим СанПиН 2.3.2.1078-01, при концентрации 15 мг/кг почвы не гарантируется.
Влияние агромелиорантов и новых комплексных удобрений на микробиологическую активность почв при загрязнении тяжелыми металлами
Исследования по влиянию ТМ на микробиологическую активность почв и разработки приемов, направленных на сохранение почвенного плодородия, проводились в условиях полевого и вегетационного опытов. В качестве показателей биологической активности почвы использовали: потенциальную активность азотфиксации, потенциальную активность денит-рификации, уровень дыхания почвы по скорости эмиссии СОг в почве, ферментативную активность (ферменты: дегидрогеназа, инвертаза, каталаза).
Изучение влияния агрохимических средств и природного мелиоранта вермикулита на биологическую активность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы, загрязненной Сё в концентрации 15 мг/кг, проводилась в полевом опыте при возделывании кормовых бобов.
При загрязнении дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Сё активность азот-фиксации в фазу цветения кормовых бобов снижается по сравнению с незагрязненной почвой в 1,4 раза. Добавление вермикулита в почву нивелирует негативное действие Сё на потенциальную активность азотфиксации (табл. 15). Потенциальная активность азотфиксации почвы, загрязненной Сё, при внесении двойной дозы калия в составе полного удобрения (ИзоРбоК.го) в 1,3 раза выше, чем в варианте с внесением ЫзоРбоКм-
Загрязнение почв ТМ усиливает процесс диссимиляторного восстановления нитратного азота до молекулярного (N2) либо до газообразных оксидов азота (N0) и (N20), что ведет к деградации почв. Потенциальная активность денитрификации при загрязнении почвы Сё возрастает в фазу цветения бобов в 1,6 раза по сравнению с контролем. Применение вермикулита и двойной дозы калия (К120) на фоне ИзоРбо- позволяет сократить непроизводительные потери азота в фазу цветения кормовых бобов в 1,4-1,5 раза.
Интенсивность дыхания почвы характеризует процессы минерализации органического вещества. Скорость эмиссии С02 в почве, загрязненной Сё в концентрации 15 мг/кг, снижается в 1,6 раза по сравнению с незагрязненной почвой (Ыз(,Р6оК6о). Потенциальная активность дыхания почвы, загрязненной Сё, при внесении вермикулита в 1,2 раза выше, чем в почве без агромелиоранта. Дополнительное внесение калия (К60) на фоне ЫзоРбоКво в загрязненную Сё
почву усиливает скорость эмиссии СОг в почве в 1,4 раза по сравнению с одинарной дозой О^зоРбоКбо) (табл. 15).
Таблица 15. Влияние С(1 на биологическую активность дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при возделывании кормовых бобов. Фаза цветения
Вариант Потенциальная активность, мг/кг сутки
азотфиксации, аК2х 10"2 денитрификации, аИ-ЫгО дыхания аС-С02
ИзоРбоКбо - контроль 260,2±8,8 34,3±1,7 2425,2±388,9
Фон + С(1]5 мг/кг почвы 184,8±19,5 54,7±3,1 1556,8±192,4
Фон + вермикулит (5 т/га) + С<115 мг/кг 221,3±14,1 36,3±1,8 1935,8±199,6
Фон + Кбо + Сс115 мг/кг почвы 238,7±6,4 38,4±1,6 2166,2±255,5
Изучение влияния загрязнения почв ТМ на показатели биологической активности проводилось в серии вегетационных опытов при выращивании ярового ячменя на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве при концентрации: Сс1 - 6, 2п - 600, Си - 390 мг/кг и применении новых видов комплексных удобрений.
При загрязнении дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы ТМ в концентрации 3 ПДК скорость эмиссии СО2 в фазу выхода в трубку ячменя снижается при внесении Сё в 1,4 раза, а при внесении Ъл и Си - в 1,9 раза. Скорость разложения органического вещества почвы, загрязненной Сс1 в дозе 6 мг/кг почвы, по сравнению с незагрязненной возрастает в 1,21,9 раза в фазу колошения - полной спелости. До фазы колошения стимуляция активности дыхания в почве с С(1 отсутствует, напротив, наблюдается снижение потенциальной активности дыхания до 1,5 раз (табл. 16).
Таблица 16. Потенциальная активность дыхания дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы под ячменем в год внесения
Вариант опыта Потенциальная активность дыхания, аС-С02 мг/кг за сутки
1 2 3
Фон - ЬГРК 2679,1±189,2 744,4±63,2 539,9±83,4
Фон + Сс1б мг/кг почвы 1830,7±274,4 891,6±52,2 103 8,2± 148,4
Фон + Хпвоо мг/кг почвы 1386,2±173,1 1503,0±292,9 4327,4±495,3
Фон + Сиз90 мг/кг почвы 1400,8±218,4 840,5±72,2 758,7±68,4
Фон+С<1б мг/кг почвы + Н* 996,7±141,7 700,4±58,1 583,6±29,2
Фон+2пбоо мг/кг почвы + Н* 3110,3 ±82,8 1262,4±234,3 2263,4±395,8
Фон+Сиз9о мг/кг почвы + Н* 1163,5:« 43,3 569,3±59,2 735,4±33,0
Примечание: Н* - модифицированный сорбент;
1 - выход в трубку; 2 - колошение; 3 - полная спелость.
'¿п и Си, внесенные в почву в количестве 600 и 390 мг/кг почвы, снижают потенциальную активность дыхания почвы под ячменем в фазу выхода в трубку в 1,9 раза по сравнению с фоном. Стимуляция скорости эмиссии СОг в почве при внесении Ъл начинается с фазы колошения и до уборки урожая и составляет 2,0-8,0 раза, что свидетельствует об усилении процесса минерализации органического вещества почвы. Потенциальная активность дыхания почвы при загрязнении Си возрастает в 1,4 раза только на момент уборки растений.
Применение модифицированного сорбента на техногенно загрязненных почвах позволяет уменьшить скорость разложения органического вещества почвы в год внесения ТМ в зависимости от времени взаимодействия с почвой: для С<1 - в 1,3-1,8 раза, для Ъп - в 1,2-1,9 раза, для Си - в 1,1-1,5 раза. Следует отметить, что положительный эффект использования комплексного удобрения при реабилитации почвы, загрязненной 2п, проявляется через месяц после их внесения (фаза колошения ячменя). Модифицированный сорбент стимулирует скорость эмиссии СОг в почве, загрязненной цинком (2п60о), в фазу выхода в трубку ячменя по сравнению с вариантом без внесения агромелиоранта до 2,2 раза.
Исследование влияния различных видов промышленных минеральных удобрений (простых, комплексных) и нового комплексного удобрения Супродит на потенциальную актив-
ность денитрификации и скорость эмиссии СО2 проводилось иа дерново-подзолистой сред-несутлинистой почве в серии вегетационных опытов. Установлено, что в первый год опыта различные виды комплексных удобрений (нитрофоска и Супродит) не оказывают существенного влияния на уровень потенциальной активности денитрификации в почве, загрязненной С(1 (табл. 17).
Таблица 17. Влияние удобрений на потенциальную активность дыхания и денитрификации дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, загрязненной ТМ, в год внесения
Вариант опыта Потенциальная активность, мг/кг'сут
дыхания, аС-СОг денитрификации, аЫ-^О
1 2 3 3
Фон 1 -№К 652,6±30,1 1024,0±52,7 827,0±15,9 3,6±0,3
Фон 2 - Супродит 700,4±33,0 1319,1±90,9 887,2±66,7 4,9±0,1
Фон 3 - нитрофоска 633,1±12,6 758,8±32,1 723,8±25,2 4,1 ±0,4
Фон 1 + Сс1й мг/кг почвы 739,3±8,1 875,5±27,7 866,6±7,3 2,9±0,2
Фон 2 + Сёб мг/кг почвы 735,4±33,0 1505,9±66,0 1003,9±81,4 5,1 ±0,4
Фон 3 + Сёб мг/кг почвы 570,0±7,3 812,6±14,8 653,7±19,1 4,0±0,4
Фон 1 + 7пыю мг/кг почвы 398,9±62,0 865,7±21,0 658,6±36,1 2,5±0,3
Фон 2 + 2пбоо мг/кг почвы 840,5±16,5 1120,7±66,0 779,9±15,1 2,8±0,1
Фон 3 + Zn6(ю мг/кг почвы 441,9±6,8 592,1±18,0 537,0±34,4 2,6±0,1
Фон 1 + Сиз90 мг/кг почвы 398,9±62,0 933,9±27,5 658,8±18,0 1,6±0,1
Фон 2 + Сиз90 мг/кг почвы 642,2±8,6 896,7±8,7 737,6±37,9 2,6±0,1
Фон 3 + Сиз90 мг/кг почвы 391,8±18,0 550,3±11,7 323,8±22,8 2,2±0,3
Примечание: 1 - выход в трубку; 2 - колошение; 3 - после уборки урожая.
Сравнительная оценка действия различных форм и видов минеральных удобрений на потенциальную активность дыхания дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы, загрязненной ТМ, показала, что при использовании Супроднта С<1, внесенный в количестве 6 мг/кг почвы, не снижает уровень дыхания почвы в течение всего вегетационного периода ячменя. Потенциальная активность дыхания почвы, загрязненной Сс1, при использовании нитрофоски в фазу выхода в трубку и полной спелости снижается в 1,1 раза (табл. 17). Активность дыхания почвы, загрязненной Сё, при использовании Супродита в фазу выхода в трубку ячменя в 1,3 раза выше по сравнению с нитрофоской.
Внесение '¿п в концентрации 600 мг/кг почвы приводит к снижению скорости эмиссии СОг в почве под ячменем на фоне применения нитрофоски и простых минеральных удобрений в растворимом виде (фон 1) в 1,2-1,6 раза. Скорость разложения органического вещества при внесении Супродита в почву, загрязненную Хп, в 1,5-1,9 раза выше, чем в варианте с нитрофоской.
Медь, внесенная в концентрации 390 мг/кг почвы, снижает потенциальную активность дыхания в варианте с нитрофоской в 1,4-2,2 раза. Потенциальная активность дыхания почвы, загрязненной Си, при внесении Супродита снижается по сравнению с незагрязненной почвой в 1,1-1,5 раза. Скорость эмиссии СО2 почвы при загрязнении медью при внесении нитрофоски в 1,6-2,3 раза ниже, чем при использовании Супродита.
Через год после внесения Сс1 в дерново-подзолистую среднесуглинисгую почву скорость эмиссии СОг была максимальной в фазу выхода в трубку на всех исследуемых фонах минерального питания ячменя (рис. 1.). В конце вегетационного периода ячменя на второй год опыта потенциальная активность дыхания почвы, загрязненной Сс1, при внесении Супродита снижается в 1,2 раза. Супродит, добавленный в загрязненную Сё почву, повышает скорость эмиссии СО2 в фазу выхода в трубку по сравнению с нитрофоской в 2,4 раза, а в фазу полной спелости ячменя - до 1,5 раз.
Потенциальная активность дыхания почвы, содержащей Zn, при внесении Супродита снижается в фазу выхода в трубку в 1,5 раза, а на момент уборки ячменя - в 2,4 раза. Скорость эмиссии СОг в почве, загрязненной Ъп, в фазу выхода в трубку ячменя при использовании Супродита и нитрофоски практически одинакова (рис. 1).
3000 I 2500 ' 2000
га
: 1500
• Фон 2+ ФонЗ +
□ еыхадвттлбку □ копошение □ полная спелость
а)
зооо
I 2500 >
га 2000
х 1500
3000 $ 2500
а
Фон1- Фон2- ФонЗ- Фон1+ Фон2 + ФонЗ +
ИРК КУ НФ гпбоо ¿пбоо гпеоо □ еьиодвттМжу □ копошение □ потная спелость б)
ЁУь
□ выход втрубку □ копошение □ полная спелость
в)
Рис. 1. Влияние различных видов удобрений на динамику потенциальной активности дыхания почвы под ячменем через год после внесения тяжелых металлов: а) Сё; б) Ъл\ в) Си (КУ - комплексное удобрение, НФ - нитрофоска) (опыт 2)
В конце вегетации ячменя уровень дыхания почвы снижается при применении Супро-дита в 1,5 раза по сравнению с внесением нитрофоски в почву, содержащую Хп.
При загрязнении почвы медью применение нитрофоски уменьшает потенциальную активность дыхания в почве в фазу выхода в трубку в 6,0 раз, а в фазу полной спелости ячменя - в 1,3 раза. Скорость разложения органического вещества почвы, загрязненной Си, при применении Супродита во все периоды отбора проб замедляется в 1,2-1,6 раза. Потенциальная активность дыхания почвы, загрязненной Си, при использовании Супродита в 1,2-5,3 раза выше, чем при внесении в почву нитрофоски.
Таким образом, новое комплексное удобрение Супродит через год после внесения по эффективности в восстановлении биологической активности почв, загрязненных ТМ, не уступает промышленному комплексному удобрению - нитрофоске.
Изучение изменения ферментативной активности почв в условиях техногенного загрязнения приобретает важное значение. С помощью ферментов осуществляется разложение и синтез органических соединений, что является сущностью почвообразовательного процесса. Несмотря на то, что некоторые тяжелые металлы входят в состав ряда ферментов (Хп входит в состав дегидрогеназы, протеиназы, пептидазы; Сё способен замещать Zn в жизненно важных энзиматических реакциях; Си входит в состав цитохромоксидазы), избыток Хп, Сё, Си токсичен для ферментов, приводя к разрыву или торможению энзиматических реакций (Минеев В.Г., Ремпе Е.Х., 1990). Токсическую активность металлов обычно выстраивают в ряд: Сё > РЬ > Хп > Си (Черных Н.А., Милащенко Н.З., 1999).
В вегетационном опыте изучали влияние модифицированного сорбента на активность дегидрогеназы и каталазы в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, загрязненной Сё, Хп, Си при возделывании ярового ячменя. Активность дегидрогеназы в почве, загрязненной Сё в концентрации 6 мг/кг почвы, снижается по сравнению с фоном (ЫРК) в 1,9-2,8 раза. В почве, загрязненной Хп и Си в количестве 3 ПДК, активность дегидрогеназы в 1,6-2,2 раза ниже, чем на незагрязненной почве. Максимальное снижение активности дегидрогеназы при
загрязнении почвы Сё, '¿.п, Си отмечено в фазу выхода в трубку ячменя. С течением времени от фазы выхода в трубку до полной спелости ячменя активность дегидрогеназы почвы, загрязненной Сё, возрастает в 1,7-2,0 раза, при загрязнении Ъп - до 1,6 раза, при загрязнении Си-в 1,2-1,4 раза (табл. 18).
Таблица 18. Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность дерново - подзолистой среднесуглинистой почвы под ячменем в год внесения
Ферментативная активность
Вариант опыта дегидрогеназы, мг ТФФ/10 г инвертазы, мг глюкозы/10 г
почвы за сутки почвы за сутки
1 2 3 1 2 3
Фон-ЫРК 4,2 5,3 5,8 60 110 170
Фон + Сёб мг/кг почвы 1,5 2,6 3,1 40 90 140
Фон + 2Пбоо мг/кг почвы 2,2 3,3 3,5 - 103 110
Фон + Сиз90 мг/кг почвы 2,1 3,0 2,6 40 60 110
Фон + Сёб+Н* 2,9 3,5 3,7 67 66 190
Фон +2пб()0+Н* 3,3 4,3 3,4 60 104 170
Фон + Сиз90+Н* 5,0 5,5 4,4 54 159 210
НСР05 0,4 0,4 0,5 5 10 17
Примечание: Н* - модифицированный сорбент;
1 - выход в трубку; 2 - колошение; 3 - после уборки урожая.
Модифицированный сорбент способствует повышению активности дегидрогеназы в почве, загрязненной Сё, в 1,1-1,9 раза, а при загрязнении почвы Хп - в 1,3-1,5 раза. Наиболее благоприятное действие агромелиоранта на ферментативную активность проявилось на почве, загрязненной Си, где активность дегидрогеназы полностью восстановилась и была выше, чем при внесении полного минерального удобрения. Наблюдения за динамикой ферментативной активности при загрязнении почвы тяжелыми металлами (Сё, ¿п, Си) показывают, что модифицированный сорбент стимулирует активность дегидрогеназы, фермента, связанного с процессом дыхания почвы, в фазу выхода растений в трубку в 1,5-2,4 раза в зависимости от вида металла-загрязнителя, в фазу колошения - в 1,3-1,8 раза по сравнению с вариантом без внесения удобрения.
Инвертаза - фермент, разлагающий в почве сахарозу на глюкозу и фруктозу. При загрязнении почвы Сё и 2п активность фермента снижается в 1,2-1,5 раза, а при внесении в почву Си в количестве 3 ПДК - в 1,5-1,8 раза. Внесение модифицированного сорбента в дерново-подзолистую среднесуглинистую почву, загрязненную Сё, Хп и Си, восстанавливает активность инвертазы во все периоды наблюдений (табл. 19).
Таблица 19. Влияние ТМ и удобрений на динамику активности дегидрогеназы дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы под ячменем в год внесения
Вариант опыта Активность дегидрогеназы, мг ТФФ*/10 г почвы за 24 часа
1 2 3
Фон 1 -МЧС 5,6 4,2 4,1
Фон 2 - Супродит (1,4 г/кг почвы) 7,8 6,3 4,5
Фон 3 - нитрофоска 5,1 3,3 4,9
Фон 1 (М>К) + Сёб мг/кг почвы 2,4 3,3 1,9
Фон 2 (Супродит) + Сёб мг/кг почвы 3,4 4,0 4,1
Фон 3 (нитрофоска) + Сёб мг/кг почвы 0,7 1,8 3,6
Фон 1 (МЧС) + Хпаю мг/кг почвы 0,1 1,3 2,5
Фон 2 (Супродит) + Хпш мг/кг почвы 2,8 2,4 2,8
Фон 3 (нитрофоска) + мг/кг почвы 0,5 1,7 2,3
НСР„5 0,6 0,5 0,4
Примечание: * -трифенилформазан;! - выход в трубку; 2 - колошение; 3 - после уборки урожая.
Экспериментальная оценка действия различных видов удобрений (ИРК в виде растворов солей N1 ЦЫОз, КН2РО4, КС1; комплексного промышленного удобрения нитрофоски и нового комплексного удобрения Супродит) на показатели ферментативной активности почв (дегидрогеназа) в динамике на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве представлена в табл. 19.
При загрязнении почвы тяжелыми металлами (Сё, 2п) активность дегидрогеназы снижается в 1,1-10 раз в зависимости от вида металла, применяемых удобрений и сроков отбора проб в период вегетации ячменя. Кадмий в варианте с применением ЬГРК в виде растворимых солей снижает активность дегидрогеназы в почве в 1,2-2,3 раза, а в варианте с внесением нитрофоски - в 1,4-7,2 раза. Активность дегидрогеназы в почве, загрязненной Сё, при внесении Супродита снижается в 1,1-2,3 раза. Эффективность Супродита по повышению активности дегидрогеназы в варианте, где в почву был внесен Сё, оказалась выше в 1,2-4,9 раза, чем при использовании промышленных минеральных удобрений (табл. 19). Активность дегидрогеназы на фоне простого минерального удобрения (фон 1) и нитрофоски (фон 3) при внесении в почву Ха в концентрации 600 мг/кг почвы упала почти до нуля на ранней стадии развития ячменя. Внесение Супродита нивелирует негативное действие Хп в высокой концентрации на активность дегидрогеназы. Активность дегидрогеназы почвы, загрязненной при применении Супродита была в 1,4-1,9 раза выше по сравнению с почвой, удобренной промышленными минеральными удобрениями.
Технологические приемы по минимизации накопления тяжелых металлов в продукции растениеводства
Загрязнение сельскохозяйственных угодий ТМ устанавливается на основании фактов обнаружения повышенных концентраций их в почвах, продукции растениеводства и кормах; снижения урожайности и ухудшения качества продукции; изменения роста и развития растений; негативного влияния на состояние почвенного плодородия (физико-химические свойства почвы, воздействие на микробоценоз и др.)
Для получения продукции растениеводства, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям к качеству и безопасности продовольственного сырья по содержанию тяжелых металлов, необходимо на сельскохозяйственных угодьях с избыточным содержанием в почве элементов осуществлять ряд мероприятий организационного и технологического характера.
Для снижения концентрации ТМ в сельскохозяйственных растениях используются различные технологические приемы рекультивации (восстановления) загрязненных земель (таблицы 20 и 21).
Таблица 20. Классификация приемов восстановления земель, загрязненных тяжелыми металлами
Группа приемов восстановления
Физические Химические Биологические
Обработка почвы: - вспашка с оборотом пласта; - глубокое безотвальное рыхление до 45 см Вспашка почвы с оборотом пласта на природных лугах Известкование в дозе 1,5-2,5 Нг Внесение удобрений: - минеральных (калийных и фосфорных); - органических; - комплексных. Применение сорбентов: - химических; - глинистых минералов, содержащих алюмосиликаты; - на основе природных минералов Применение комплексных соединений, обладающих свойствами удобрений и сорбентов. Подбор видов сельскохозяйственных культур Подбор сортов Севообороты Применение микробиологических и биопрепаратов, физиологически активных веществ
Обработка почвы - эффективный прием восстановления плодородия техногенно нарушенных почв. Основными задачами обработки почвы являются создание благоприятных водно-воздушного и теплового режимов путем изменения строения пахотного слоя почвы и ее структурного состояния; улучшение питательного режима в результате воздействия на жизнедеятельность почвенной биоты.
Обработка почвы включает: стандартную и глубокую вспашку, вспашку с оборотом пласта, совмещение отвальной вспашки и рыхления подпахотного горизонта, что приводит к перераспределению токсикантов в профиле почв, уменьшению горизонтальной миграции загрязнителей и снижению аккумуляции в продукции ТМ (Сё, РЬ, гп, Си, Со) от 1,2 до 3,0 раза Вспашка с оборотом пласта уменьшает содержание Сё, РЬ, Zn, Си, Со в продукции в 1,5-3,0 раза. Вспашка под яровые зерновые и картофель на глубину пахотного слоя, боронование на глубину 3-4 см и культивация - на 10-12 см приводят к снижению перехода ТМ в 1,2-2,0 раза.
Для перемещения ТМ из верхних слоев почвы в нижележащие проводят вспашку на глубину 30 см в сочетании с внесением органических и известковых удобрений. В условиях техногенного загрязнения постоянная обработка почвы на одну и ту же глубину способствует образованию плужного уплотнения и концентрированию ТМ на плужной подошве. Разрушение плужного уплотнения с помощью глубокой обработки дерново-подзолистой песчаной почвы с помощью чизельного плуга (на глубину 40-45 см) и последующем уменьшении глубины основной обработки (18-20 см) способствует удалению за пределы пахотного слоя ТМ. Вспашка с перемещением загрязненного слоя почвы в более глубокие слои за пределы пахотного горизонта применяется при содержании ТМ в почвах до 10 ОДК. Эффективным и ресурсосберегающим приемом, снижающим поступление ТМ в растения из почвы и уменьшающим их горизонтальную миграцию, является совмещение отвальной вспашки и рыхления подпахотного горизонта, особенно на полях с небольшим пахотным горизонтом.
Таблица 21. Эффективность технологических приемов восстановления земель, загрязненных тяжелыми металлами
№ п/п Технологический прием Кратность снижения накопления ТМ в сельскохозяйственной продукции
1 Вспашка с оборотом пласта Сё, РЬ, /п, Си, Со в 1,2-3,0 раза.
2 Глубокое безотвальное рыхление (40-45 см) Сё, РЬ, гп, Си, Со в 2,0-3,0 раза.
3 Чередование культур (севооборот) Сё, РЬ, гп, Си, Со в 1,5-2,0 раза
4 Подбор сортов и видов культур В зависимости от культуры Сё, РЬ, Хп, Си от 1,5 до 10 раз
5 Известкование (в дозе 1,5-2,0 Нг) До 2,0-2,5 раз (кроме Сг)
6 Применение органических удобрений* Сё, РЬ, гп, Си, Со в 1,2-2,3 раза
7 Применение калийных удобрений** Сё, РЬ, гп, Си, Со в 1,2-1,7 раза
8 Применение фосфорных удобрений** Си, №, гп в 1,2-2,5 раза
9 Комплексное окультуривание (известкование, внесение удобрений и т.д.) Сё, РЬ, Ъа, Си в 1,2-3,5 раза
10 Применение природных сорбентов (цеолиты, трепела, глины и др.) и искусственных сорбентов и удобрений на их основе (Супродит) Сё, РЬ, гп, Си, Со в 1,2-4,0 раза
11 Применение биопрепаратов и физиологически активных веществ Сё, Ъп, Си, РЬ в 1,2-2,0 раза
12 Коренное улучшение лугов и пастбищ Сё, РЬ, гп, Си в 1,2-4 раза
Примечание: * - более 30 т/га; ** - дополнительно 1Р; 1К, к региональным дозам удобрений.
Известкование кислых почв. Кислая реакция почвенной среды - одна из главных причин высокой миграции ТМ в системе почва-растения. Снизить кислотность почвы и связанное с ней вредное действие подвижного А1 позволяет известкование, которое обогащает поч-
ву Са, Mg и компенсирует потери этих элементов вследствие выноса их с урожаем, улучшает физические и физико-химические свойства почвы, ее структуру, способствует уменьшению подвижности ТМ. После известкования почв с повышенной кислотностью происходит иммобилизация тяжелых металлов и снижается их включение в биологический круговорот. Внесение в почву известковых материалов в дозе 1,5-2,0 Hp снижает накопление ТМ (кроме Сг, Мо) в 2,0-2,5 раза. На участках с повышенным содержанием ТМ реакция почвенной среды должна быть доведена до рН 6,3-6,5 в минеральных почвах и до рН 5,5 - в торфяно-болотных почвах.
Органические удобрения. Органические удобрения является надежным и незаменимым средством повышения урожайности и улучшения плодородия почв. Применение навоза, торфонавозных компостов, сидератов, соломы и других органических материалов увеличивает запасы органического вещества в почве, ее буферную способность и емкость поглощения, является эффективным средством снижения подвижности большинства ТМ (Cd, Zn, Си, Pb, Со, Ni). Наиболее эффективным является использование торфокомпостов. Переход ТМ в сельскохозяйственные культуры из малоплодородных почв в 1,5-2 раза выше, чем из хорошо окультуренных и высокоплодородных почв. При загрязнении почв ТМ органические удобрения применяют в максимально возможных дозах с учетом потребности сельскохозяйственных культур в азоте, чтобы не происходило избыточного накопления нитратов в растительной продукции.
Степень прочности связывания ТМ гумусом зависит от соотношения в нем гуминовых и фульвокислот. В то же время простое смешивание органических остатков с загрязненной ТМ почвой имеет положительный, но кратковременный эффект. Эффект также бывает непродолжительным, когда с почвой перемешивается недостаточное количество органического вещества и реакционноспособные группы органических веществ могут оказаться насыщенными раньше, чем уровень токсиканта снизится настолько, чтобы уменьшился его отрицательный эффект. Тем не менее, в любом случае органические вещества являются хорошим адсорбентом катионов и анионов. Внесение органического вещества в почву активизирует микробное закрепление ТМ.
Применение высоких доз органических удобрений довольно эффективно на легких почвах. Их внесение уменьшает подвижность в почве Cd на 10-30%; РЬ - до 50%. Ni - до 37% в зависимости от доз применения минеральных удобрений совместно с органическими. Для снижения поступления ТМ в продукцию растениеводства рекомендуется органические удобрения применять в повышенных (в 1,5-2 раза) дозах по сравнению с зональными. Равномерное внесение 50-80 т/га навоза или торфонавозного компоста при зяблевой вспашке под картофель позволяет снизить содержание ТМ (Cd, Pb, Zn, Си, Со) в 1,2-2,0 раза. Внесение торфонавозного компоста в дерново-подзолистую почву, загрязненную Pb, Cd, Zn, Со, снижает их накопление в вегетативной массе кормовых бобов и злаково-бобовом травостое в 1,4-2,3 раза. Добавление измельченной соломы в дерново-подзолистую почву, загрязненную ТМ, блокирует поступление в продукцию кадмия на 30-50%, для меди и цинка защитное действие соломы несколько меньше.
Минеральные удобрения. Взаимодействие в почве ТМ с фосфат-ионами приводит к снижению их подвижности за счет образования труднорастворимых соединений. Эффективность применения фосфорных удобрений зависит от содержания металлов в почве и реакции среды. Фосфоритную муку целесообразно применять на почвах с рН < 5,8 в дозах 300-1000 кг/га Р2О5, а суперфосфат - 120-150 кг/га с учетом обеспеченности почвы фосфором и планируемых урожаев. Применение фосфорных удобрений снижает содержание в продукции ТМ (Cd, Pb, Zn, Си, Ni, Со) в зависимости от вида удобрений, культуры, химического элемента примерно в 1,2-2,5 раза.
Закрепление (фиксация) ТМ в почве является одним из способов снижения их поступления как в растения, так и в природные воды. Содержание Cd, Zn, Си, Pb при комплексном окультуривании дерново-подзолистых почв (внесение навоза, извести и минеральных удобрений) снижается в 1,2-5,0 раза. Внесение повышенных доз минеральных удобрений и мелиорантов часто приводит к изменению подвижности микроэлементов в почве, что может способствовать ухудшению микроэлементного состава производимой продукции растение-
водства. Накопление Сё, РЬ, '¿п, Си в урожае растений снижается при применении на дерново-подеолистой почве минеральных удобрений в дозе ЫскДЗДСзд в 1,2-1,7 раза. Внесение под планируемый урожай зерновых Кбо-9оРбо-9оК<,о-12о перед посевом способствует снижению содержания ТМ в 1,2-2,5 раза. Заделка осенью равномерно под вспашку Р60-90К90-120 и весной перед посадкой картофеля N60-90 уменьшает поступление ТМ в 1,2-2,5 раза. Сбалансированное применение азотных, фосфорных и калийных удобрений в соотношении Ы:Р:К=1:1:1,5 и №Р:К=1:1,5:2 позволяет получать продукцию в соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01 по содержанию ТМ.
Закрепление (фиксация) ТМ в почве - один из способов снижения их поступления как в растения, так и в природные воды. Содержание Сё, Хп, Си, РЬ при комплексном окультуривании дерново-подзолистых почв (внесение навоза, извести и минеральных удобрений) уменьшается в 1,2-5,0 раза. Внесение повышенных доз минеральных удобрений и мелиорантов часто приводит к изменению подвижности микроэлементов в почве и к ухудшению качества растениеводческой продукции.
Применение природных сорбентов (цеолиты, глины и др.) снижает накопление тяжелых металлов (Сё, РЬ, 2п, Си, Со) в продукции в 1,3-4,0 раза. При восстановлении легких почв, загрязненных ТМ, применяют глинование, т.е. внесение глинистых минералов, содержащих алюмосиликаты типа цеолита, вермикулита, монтмориллонита с высокой емкостью поглощения по отношению к металлам. Однако этот прием технически трудновыполним и требует больших затрат.
Цеолиты являются хорошими сорбентами, а также веществами, улучшающими физическое состояние почв. Высокая селективность цеолитов по отношению к ТМ позволяет снизить поглощение растениями Си, Ум, РЬ, Со, №. Палыгорскитовая глина (10 т/га) и вермикулит (2,5 т/га) на фоне ЫмРадКуо снижают накопление Сё и РЬ в урожае зерновых культур в 1,7-2,0 раза.
Основным недостатком биологического метода является его невысокая способность освобождения почв от тяжелых металлов. Даже растения-гипераккумуляторы в течение вегетационного сезона способны вынести из почвы в свои надземные части лишь сотые доли тяжелых металлов. Другой причиной, сдерживающей внедрение метода, является отсутствие эффективных технологий утилизации загрязненной растительной биомассы.
ВЫВОДЫ
Анализ экологической обстановки в сфере сельскохозяйственного производства показывает, что во многих регионах Российской Федерации уровни загрязнения сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами достаточно высоки. Это определяет необходимость разработки технологий реабилитации сельскохозяйственных угодий, загрязненных в результате хозяйственной деятельности человека.
1. Изучено влияние тяжелых металлов (Сё, Zn), в зависимости от их концентрации в дерново-подзолистой почве, на продуктивность и накопление загрязнителей в урожае сельскохозяйственных культур. Показано, что с увеличением концентрации Сё в почве от 1 до 20 мг/кг содержание металла в зерне ячменя возрастает в 13,8 раза, а в корнеплоде редиса - в 3,5 раза. С увеличением концентрации 7,п от 125 до 500 мг/кг содержание элемента в зерне ячменя возрастает в 2 раза, в корнеплоде редиса - в 2,5 раза. Максимальное количество Хп в зерне ячменя и корнеплоде редиса накапливается при загрязнении почвы дозой 500 мг/кг. Содержание Хп в зерне ячменя при уровнях загрязнения дерново-подзолистой почвы от 250 до 500 мг/кг превышает санитарно-гигиенические нормативы в 1,4-1,9 раза. При загрязнении дерново-подзолистой супесчаной почвы Сё и Хп прямой пропорциональной зависимости между их концентрацией в почве и накоплением в зерне ячменя не выявлено.
2. Загрязнение дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны Сё, Хп в концентрации 3 ОДК и выше приводит к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур на 1584% в зависимости от химических свойств токсикантов, уровня плодородия почв, биологических особенностей растений и времени нахождения ТМ в почве. При концентрации Ъп в дерново-подзолистой супесчаной почве 500 мг/кг урожай зерна ячменя снижается на 69%, редиса - на 84%. Концентрация Сё 50 мг/кг и Хп 1000 мг/кг почвы вызывает стерильность
колосьев, урожая зерна ячменя не получено. При концентрации Хп 2000 мг/кг почвы наблюдается гибель растений ячменя и редиса. Установлено, что при загрязнении дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Сё 15 мг/кг продуктивность кормовых бобов снижается на 28%, картофеля - на 15%, яровой пшеницы - на 23%.
3. Впервые в серии полевых опытов на дерново-подзолистой почве, загрязненной Сёю-15 мг/кг, показано позитивное влияние природных сорбентов (палыгорскитовая глина, вермикулит) на продуктивность сельскохозяйственных культур и снижение перехода токсиканта в растения. Применение палыгорскитовой глины и вермикулита способствует снижению накопления Сё в зерне в 1,5-2,1 раза, в клубнях картофеля - в 1,4 раза, в зеленом корме для животных - в 1,6 раза. Вынос Сё с урожаем сельскохозяйственных культур при внесении палыгорскитовой глины и вермикулита в почву сокращается в 1,3-1,9 раза.
4. Внесение двойной дозы калия (К|80-2оо) на фоне Ызд-юоРэд-кю кг/га действующего вещества при возделывании яровой пшеницы и картофеля на дерново-подзолистой почве, загрязненной Сёи мг/кг, снижает накопление металла в зерне и клубнях в 1,8-2,3 раза. Применение полного минерального удобрения в дозе КзоРбоК^о уменьшило переход Сё в вегетативную массу кормовых бобов из почвы и вынос с урожаем с единицы площади в 1,8 раза по сравнению с дозой ЫзоРбоКбо-
5. Применение нового комплексного органо-минерального удобрения на основе трепела Суп родит в технологиях возделывания зерновых культур на дерново-подзолистой почве, загрязненной Сё - 6 мг/кг, Хп - 600 мг/кг, Си - 390 мг/кг, обеспечивает снижение содержания в зерне ячменя и яровой пшеницы в 1,5-2,5 раза. Внесение Супродита в почву, загрязненную Сс1, снижает накопление токсиканта в зерне ячменя в 2,5 раза выше, чем нитрофоска. Эффективность Супродита по сравнению с простыми минеральными удобрениями (содержащие один или два из необходимых элементов питания для растений) выше комплексного удобрения промышленного производства (нитрофоска) как по снижению поступления тяжелых металлов в растения, так и по выносу с урожаем.
6. Внесение Супродита в загрязненную Сё, Хп, Си в дерново-подзолистую почву нейтрализует негативное влияние тяжелых металлов на основные показатели биологической активности почвы, характеризующие уровень её плодородия. Применение Супродита способствовало повышению потенциальной активности дыхания почвы, загрязненной Хщю и Сизод, в 1,5-2,3 раза по сравнению с применением нитрофоски. Активность связанного с процессом дыхания фермента дегидрогеназы в загрязненной Хп^ю почве при внесении Супродита в 1,41,9 раза выше, чем при применении нитрофоски.
7. При загрязнении дерново-подзолистой почвы Сё^ потенциальная активность азот-фиксации к концу вегетации кормовых бобов снижается в 1,4 раза, скорость эмиссии ССЬ в почве - в 1,6 раза по сравнению с незагрязненной почвой. Внесение вермикулита в почву нивелирует негативное действие Сё15 на потенциальную активность азотфиксации. Потенциальная активность азотфиксации почвы, загрязненной Сё, при внесении минеральных удобрений в дозе ЫзоРбоКш в 1,3 раза выше, чем при внесении ИзоРбоКбо-
8. Применение нового комплексного органо-минерального удобрения пролонгированного действия Супродит в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на техногенно загрязненных территориях позволяет получать продукцию, соответствующую санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию тяжелых металлов.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
1. Ратников А.Н., Свириденко Д.Г., Жигарева Т.Д., Попова Г.И., Картузова М.Н., Петров К.В., Егорова Е.В. Влияние тяжелых металлов на биологическую активность дерново-подзолистой почвы // Актуальные проблемы экологии и природопользования: Сборник научных трудов конференции. Выпуск 8.4. 2 - М.: Изд-во РУДН, 2006. - С. 78-83.
2. Картузова М.Н., Черных Н.А., Свириденко Д.Г. Влияние тяжелых металлов на продуктивность ячменя // Актуальные проблемы экологии и природопользования: Сборник научных трудов конференции. Выпуск 8. Ч. 2 - М.: Изд-во РУДН, 2006. - С. 84-86.
3. Жигарева Т.Д., Ратников А.Н., Свириденко Д.Г., Попова Г.И., Петров К.В., Касьяненко А.А., Черных Н.А., Картузова М.Н. Изучение поведения Сё и Хп в дерново-подзолистой почве и
их действие на почвенный микробоценоз // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2006. - №1 (13). - С. 34^10.
4. Ратников А.Н., Свириденко Д.Г., Жигарева Т.Л., Попова Г.И., Петров К.В., Картузова М.Н., Егорова Е.В. Влияние комплексного удобрения пролонгированного действия на продуктивность зерновых культур, накопление тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почвы // Инновационно-технологические основы развития земледелия: Сборник докладов Всероссийской научно-практической конференции. - Курск: ВНИИЗиЗПЭ, 2006. - С. 517-521.
5. Ратников А.Н., Свириденко Д.Г., Попова Г.И., Анисимов B.C., Егорова Е.В., Жигарева Т.Д., Мазуров В.Л., Петров К.В., Картузова М.Н. Применение удобрения пролонгированного действия в условиях техногенного загрязнения // Плодородие. - 2007. - № 6(39). - С. 33-34.
6. Zhigareva T.L., Ratnikov A.N., Sviridenko D.G., Popova G.I., Kartuzova M.N., Chernykh N.A., Kasianenko A.A. Behavior of Cd and Zn in soddy-podzolic soil and their effects on microbial ce-nosis // EUPO-ECO-2007: International symposium. Germany, Gannover, December, 2007. - P. 72-73.
7. Ратников A.H., Жигарева Т.Д., Попова Г.И., Петров K.B. Свириденко Д.Г., Картузова М.Н., Мазуров B.JI. Новые технологические приемы в реабилитации сельскохозяйственных земель // Сборник научно-практических итогов реализации проектов, поддержанных РФФИ в ходе регионального конкурса «ЦЕНТР» в Центральном федеральном округе в 2006-2007 гг. -Тамбов, Изд-во: ТГТУ, 2007. - С. 176-179.
8. Картузова М.Н. Поведение кадмия в дерново-подзолистой почве // Сборник научно-практических итогов реализации проектов, поддержанных РФФИ в ходе регионального конкурса «ЦЕНТР» в Центральном федеральном округе в 2006-2007 гг. - Тамбов, Изд-во: ТГТУ, 2007.-С. 190-194.
9. Ратников А.Н., Свириденко Д.Г., Жигарева Т.Л., Санжарова НИ., Петров К.В., Анисимов B.C., Попова Г.И., Картузова М.Н. Экологическая роль нового комплексного удобрения в снижении поступления тяжелых металлов в ячмень. Свидетельство № 12412 от 03.09.2007 о депонировании и регистрации произведения - интеллектуальной собственности. -Российское авторское общество.
10. Ратников А.Н., Жигарева Т.Д., Свириденко Д.Г., Попова Г.И., Петров К.В., Анисимов B.C., Картузова М.Н., Мазуров В.Н., Дадаева Т А., Козырь A.B., Иванов В.Н. Технология применения СУПРОДИТа при выращивании ячменя ярового на серых лесных почвах. Свидетельство № 13890 от 27.06.2008. о регистрации и депонировании произведения - результата интеллектуальной деятельности. - Российское авторское общество.
11. Ратников А.Н., Жигарева Т.Д., Попова Г.И., Петров К.В., Свириденко Д.Г., Анисимов B.C., Анисимова Л.Н., Картузова М.Н., Мазуров В Н., Мазурова М.Е. Реабилитация техногенно загрязненных сельскохозяйственных земель // Труды регионального конкурса проектов в области естественных наук. Выпуск 13. - Калуга: Изд-во AHO «Калужский научный центр», 2008. - С. 262-270.
12. Ратников А.Н., Анисимов B.C., Жигарева Т.Д., Петров К.В., Свириденко Д.Г., Мазуров В.Н., Анисимова Л.Н., Попова Г.И., Картузова М.Н., Иванов В.Н. Способ получения комплексного удобрения пролонгированного действия Патент РФ на изобретение №2336257 от 20.10.2008
13. Ратников А.Н., Жигарева Т.Д., Попова Г.И., Петров К.В., Свириденко Д.Г., Картузова М.Н. Получение экологически безопасной продукции на техногенно загрязненных территориях // Научные труды КФ РГАУ-МСХА. Выпуск 8. Калуга: Изд-во «Эйдос», 2008. - С.83-87.
14. Ратников А.Н., Свириденко Д.Г., Жигарева Т.Д., Петров К.В., Анисимов B.C., Попова Г.И., Картузова М.Н., Егорова Е.В. Экологическая роль нового комплексного удобрения в снижении поступления тяжелых металлов в растения ячменя // Сб. материалов Всероссийского совещания учреждений-участников Географической сети опытов с удобрениями «Экологические функции агрохимии в современном земледелии», М.: ВНИИА, 2008. - С. 175-178.
15. Ратников А.Н., Жигарева Т.Д., Попова Г.И., Петров К.В., Свириденко Д.Г., Анисимов B.C., Анисимова Л.Н., Картузова М.Н., Мазуров В.Н., Мазурова М.Е. Разработка научно-методологических основ и новых технологических приемов реабилитации техногенно за-
грязненных сельскохозяйственных земель // Труды регионального конкурса проектов в области естественных наук. Выпуск 14. - Калуга: Изд-во АНО «Калужский научный центр», 2009,- С.373-385.
16. Ратников А.Н., Жигарева Т.Н., Свириденко Д.Г., Попова Г.И., Петров К.В., Картузова М.Н., Мазуров В.Н., Дадаева Т.А., Иванов В.Н. Новые технологические приемы реабилитации техногенно загрязненных сельскохозяйственных земель // Материалы региональной научно-практической конференции. - Калуга, Изд-во: ГНУ Калужский научно-исследовательский и проектно-технологический институт АПК, 2009. - С.74-78.
17. Картузова М.Н., Черных Н.А., Ратников А.Н., Свириденко Д.Г. Влияние тяжелых металлов (Cd, Zn, Си) и агромелиорантов на биологическую активность дерново-подзолистой почвы // Вестник РУДН. Серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - 2009. - №4. - С. 38-42.
18. Картузова М.Н. Реабилитация техногенно загрязненных сельскохозяйственных угодий // Сборник научных работ лауреатов конкурса имени Е.Р. Дашковой. Выпуск 4. - Калуга: КГУ им. К.Э. Циолковского, 2010. - С. 14-23.
19. Oertel С., Kartuzova М., Matschullat J., Ratnikov A. C02-fluxes from disturbed soil samples - a pot experiment with different fertilizers // Проблемы недропользования. Сб. научных трудов Международного форум-конкурса молодых ученых. 4.2 - С.-П.: Изд-во Санкт-Петербургский горный институт им. Г.В. Плеханова, 2011. - С.140-142.
Картузова Мария Николаевна Получение экологически безопасной продукции растениеводства на загрязненных тяжелыми металлами территориях
В результате комплексных исследований изучены количественные параметры перехода тяжелых металлов (Cd, Zn, Си) в растения и оценена эффективность технологических приемов получения экологически безопасной продукции растениеводства на техногенно загрязненных территориях. Проведены исследования динамики изменения различных показателей биологической активности почвы.
Показано, что применение нового комплексного органо-минерального удобрения пролонгированного действия Суп родит в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на техногенно загрязненных территориях позволяет получать продукцию, соответствующую санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию тяжелых металлов. Показана более высокая по сравнению с простыми минеральными удобрениями (NPK и нитрофоской) эффективность Супроднта по повышению продуктивности сельскохозяйственных культур, снижению поступления тяжелых металлов в урожай, по нейтрализации негативного влияния тяжелых металлов на основные показатели биологической активности почвы, характеризующие уровень ее плодородия.
Kartuzova Maria Nikolaevna Receiving Environmentally-Safe Crop Production on Heavy Metals Contaminated Sites
As a result of complex researches parameters of heavy metals (Cd, Zn, Cu) uptake in plants and efficiency of processing methods for receiving ecologically safe agricultural plants growing on heavy metals contaminated sites were evaluated. Different parameters of biological activity of the soil were studied.
It has been shown that an application of a new complex slow-release fertilizer Suprodit on heavy metals contaminated soils led to a receiving plant production, which corresponds to sanitary-hygienic standards. Suprodit turned out to be more effective in increasing of agricultural plants productivity, decreasing heavy metals plant uptake and negative effects of trace metals on biological activity of contaminated soil compared with NPK and nitrophosphate.
Подписано в печать 27.05.2011. Формат 60x84/16. Бумага офсетная. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,5. Тираж 100 экз. 3ак№035.
Отпечатано «Наша Полиграфия», г.Калуга, Грабцевское шоссе, 126.
Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Картузова, Мария Николаевна
ВВЕДЕНИЕ.
ГЛАВА 1. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ.
1.1. Экологическая обстановка на территории Российской Федерации.
1.2. Поведение ТМ в компонентах агроэкосистем и их влияние на плодородие почв и продуктивность сельскохозяйственных культур.
1.2.1. Миграционная способность Сё, Тп, Си в почве.
1.2.2. Влияние Сс1, Zn, Си на биологическую доступность почв.
1.2.3. Влияние Сс1, Ъа, Си на продуктивность сельскохозяйственных культур.
ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.
2.1. Объекты исследований и схемы проведения экспериментов.
2.2. Методы исследований.
ГЛАВА 3. НАКОПЛЕНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (Сё, Zn, Си) В
УРОЖАЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР ПРИ
ХИМИЧЕСКОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ
ПОЧВ.
3.1. Оценка действия тяжелых металлов (на примере Сс1 и Zn) в зависимости от их концентрации в почве на продуктивность и накопление в урожае сельскохозяйственных культур.
3.2. Влияние промышленных минеральных и новых комплексных удобрений на продуктивность зерновых культур и накопление С<1,
Ъа, Си в урожае.
3.2.1. Влияние модифицированного сорбента на продуктивность и накопление Сс1, Ъп, Си в урожае ячменя.
3.2.2. Влияние промышленных минеральных удобрений и нового комплексного удобрения Супродита на продуктивность ячменя и накопление Сё, Ъп, Си в урожае.
3.2.3. Влияние промышленных минеральных удобрений и нового комплексного удобрения Супродита на продуктивность яровой пшеницы и накопление Сс1, Си в урожае.
3.3. Влияние агрохимических средств и природных минералов на продуктивность и накопление Сс1 и РЬ в урожае сельскохозяйственных культур.
3.3.1. Влияние природных мелиорантов на продуктивность и накопление
С<1 и РЬ в урожае зерновых культур.
3.3.2. Влияние агрохимических средств и вермикулита на продуктивность и накопление Сс1 в урожае сельскохозяйственных культур.
ГЛАВА 4. ВЛИЯНИЕ АГРОМЕЛИОРАНТОВ И КОМПЛЕКСНЫХ УДОБРЕНИЙ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКУЮ АКТИВНОСТЬ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ (Сс1, Zn, Си).
4.1. Влияние агрохимических средств и сорбентов на потенциальную активность азотфиксации, денитрификации и скорость эмиссии
СОг в почве при загрязнении Сс1, 7л\, Си.
4.2. Действие промышленных минеральных удобрений и нового комплексного удобрения Супродита на потенциальную активность денитрификации и скорость эмиссии С02 в почве при загрязнении
С<1, гп, Си.
4.3. Влияние агромелиорантов и нового комплексного удобрения Супродита на ферментативную активность почвы, загрязненной
Сё, Ъа, Си.
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ПО МИНИМИЗАЦИИ НАКОПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА.
ВЫВОДЫ.
Введение Диссертация по биологии, на тему "Разработка и применение экологических технологий, направленных на снижение негативного действия тяжелых металлов на агроценозы"
Актуальность темы. Охрана окружающей среды в современном мире занимает одно из ведущих мест среди множества проблем, стоящих перед человечеством. Это связано с техногенным загрязнением значительных по масштабам территорий в результате хозяйственной деятельности человека. Техногенное загрязнение стало одним из наиболее значимых экологических факторов, определяющих новые условия существования и эволюции всей биоты, включая человека.
Среди загрязняющих веществ техногенного происхождения тяжелые металлы (ТМ) занимают особое положение, так как для ТМ не существует механизмов самоочищения компонентов биоты (почвы). Известно, что период полуудаления кадмия из почвы составляет порядка 110 лет, цинка - 70-510 лет, меди — 310-1500 лет [115, 170]. Тяжелые металлы накапливаются в поверхностном слое почв и изменяют их свойства, активно включаются в процессы миграции по трофическим цепочкам [7, 41, 63, 68, 172, 173] и в течение длительного времени остаются доступными для поглощения корнями растений.
Опасность для человека и других представителей биоты ТМ представляют в том случае, когда накапливаются в организме в токсических концентрациях. В среднем поступление металлов в организм человека происходит следующим образом: по цепям питания - 40-50%, с водой - 20-40%, с воздухом — 20-40% [184]. В различных регионах мира данное соотношение может быть подвержено значительным изменениям в зависимости от действующих там конкретных экологических факторов [98].
Загрязнение почв ТМ в настоящее время выявлено во всех промышленно развитых регионах Российской Федерации. Так, на территории Липецкой области основным источником загрязнения почвенно-растительного покрова является ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» (НЛМК), который ежегодно выбрасывает в атмосферу свыше 300 тыс.т/год загрязняющих веществ. В выбросах НЛМК обнаружены: Сс1, Сг. Си. Бе, Мп, N1, РЬ, Помимо промышленных источников, .имеются и сельскохозяйственные источники загрязнения, к которым относятся минеральные удобрения и некоторые мелиоранты, средства химической защиты растений от вредителей и болезней и др. [107].
Ареалы распространения техногенных выбросов вокруг промышленных комплексов охватывают площадь 18 млн. га, что составляет около 1% общей площади Российской Федерации. Площадь почвенного покрова, загрязненного ТМ, составляет по ориентировочным оценкам 3,6 млн. га [136]. Более 1 млн. га почв сельскохозяйственных угодий загрязнены особо токсичными элементами (I класс опасности) и около 2,3 млн. га — токсичными (II класс опасности) [106]. Площадь почв сельскохозяйственных угодий, загрязненных Сё выше ПДК, составляет 27,7 тыс. га, Со — 94,3 тыс. га [157]. . .
По данным агрохимической службы, воздействие на АПК тяжелых металлов носит ярко выраженный региональный характер. К числу приоритетных загрязнителей сельскохозяйственных угодий, опасных как для высших растений, так и для микроорганизмов, следует отнести Си, №, РЬ, Со, Сс1, Бп, Сг, Мп, Zn. Агроэкологическое обследование показало, что площади загрязнения почв Российской Федерации различными элементами выше ПДК располагаются в следующем убывающем порядке (% от обследованных почв пашни): Си(3,8)>№(2,8)>Со(1,9)>РЬ(1,7)>Сс1(0,6)>Сг(0,6)>Р(0,3)>гп(0,2)>А8(0,05) [102].
При поступлении в избыточных концентрациях ТМ становятся токсичными, а, участвуя в биохимических и физиологических процессах в живых организмах, активно мигрируют по биологическим пищевым цепям [19]. Тяжелые металлы, такие как Со, Хъ, Си, Мо, относятся к категории микроэлементов [118], но, накапливаясь в почвах и растениях в больших концентрациях, становятся токсичными для растений, животных и человека [190, 194].
В почвах, загрязненных ТМ, меняется соотношение питательных веществ, наблюдается значительное снижение урожайности культур. Не менее глубокое влияние оказывают ТМ на микрофлору почвы [40]. Загрязнение почв ТМ изменяет численность и состав микробного сообщества, снижает интенсивность микробиологических процессов и активность почвенных ферментов. Все это ведет к утрате плодородия почв. Под воздействием ТМ изменяется биологичеекая активность почв [88]. ТМ оказывают ингибирующее действие на процесс естественного вовлечения азота в круговорот - азотфиксацию, причем на оба вида - как симбиотическую, так и деятельность свободноживущих бактерий [159]. Специфика воздействия ТМ на различные группы микроорганизмов и степень их токсичности зависят от вида металла, его концентрации и типа почвы.
При загрязнении тяжелыми металлами почва проявляет свои буферные свойства, переводя мобильные соединения металлов в труднодоступные для растений. Однако буферная способность почвы не беспредельна, и с возрастанием экзогенных концентраций элементов постепенно увеличивается количество и тех форм, в которых они поступают в растения [37, 63, 123].
При превышении предельно допустимых концентраций (ПДК) тяжелых металлов для почв, особенно почв, используемых в сельскохозяйственном производстве, они становятся непригодными для дальнейшей эксплуатации. Загрязнение почв сельскохозяйственных угодий в ряде регионов Российской Федерации достигает уровней, при которых производимая продукция не отвечает требованиям санитарно-гигиенических нормативов или велик риск получения такой продукции. При возделывании сельскохозяйственных культур без учета степени загрязнения почв приводит к получению продукции, значительно превышающей санитарно-гигиенические нормативы по содержанию ТМ.
При организации сельскохозяйственного производства на территориях, подвергшихся техногенному загрязнению, необходимо применение эффективных агромелиоративных мероприятий в земледелии: внесение оптимальных доз извести, органических и минеральных удобрений; подбор высокоурожайных сортов культур, устойчивых против болезней и вредителей, накапливающих минимальное количество ТМ; внесение природных мелиорантов длительного срока действия; разработка оптимальной системы защиты сельскохозяйственных культур. Обеспечение получения в загрязненных районах сельскохозяйственной продукции, отвечающей экологическим стандартам, крайне важно для поддержания инфраструктуры сельских районов и создания благополучной социальной обстановки на техногенно загрязненных территориях. Решение этих задач является весьма актуальным для сельскохозяйственного производства.
Разработка комплекса мероприятий по улучшению химико-токсикологической обстановки в сельском хозяйстве и получению продукции, соответствующей санитарно-гигиеническим нормативам, базируется на изучении закономерностей поступления ТМ в растения в зависимости от вида металла, его свойств, форм выпадений на агроценозы и уровня загрязнения почвы. В настоящее время информации о воздействии ТМ на почвенный микробоценоз и биологическую активность почвы, характеризующие уровень ее плодородия, недостаточно. Этот аспект проблемы особенно важен при разработке технологий и приемов, ориентированных на снижение негативного действия ТМ на агроценозы и экологизацию земледелия.
Целью работы является изучение количественных параметров перехода тяжелых металлов в растения и оценка технологических приемов получения экологически безопасной продукции растениеводства на техногенно загрязненных территориях.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
• изучить размеры перехода Сс1, Zn, Си в сельскохозяйственные культуры при загрязнении дерново-подзолистых почв;
• исследовать влияние тяжелых металлов (Сс1, Ъа, Си) на продуктивность сельскохозяйственных культур;
• изучить влияние тяжелых металлов (Сё, 7л\, Си) на показатели биологической активности дерново-подзолистых почв;
• оценить влияние новых видов комплексных удобрений (Супродит) на поступление Сс1, Си из почвы в растения, их продуктивность и вынос ТМ с хозяйственно-ценной части урожая;
• выявить эффективность различных технологических приемов возделывания сельскохозяйственных культур, направленных на минимизацию накопления ТМ в продукции растениеводства на дерново-подзолистых почвах (на примере Центрального региона Российской Федерации).
Теоретический вклад и научная новизна работы. Проведен анализ и обобщен материал по поведению ТМ в компонентах агроэкосистем, технологическим приемам, направленным на минимизацию накопления загрязнителей в продукции растениеводства.
Проведена количественная оценка перехода Сё, Zn, Си в продукцию растениеводства при загрязнении почв тяжелыми металлами в различных концентрациях.
Проведены исследования динамики изменения различных показателей биологической активности почвы (потенциальная активность денитрификации и азотфиксации почвы, скорость эмиссии С02 в почве), ферментативной активности (ферменты - каталаза, инвертаза, дегидрогеназа), что позволяет получить оценку состояния почвенного микробоценоза и изменения плодородия техноген-но загрязненной дерново-подзолистой среднесуглинистой почвы.
Оценена эффективность применения нового комплексного удобрения пролонгированного действия (Супродит), промышленных удобрений и природных сорбентов в ограничении перехода Сс1, Хп, Си в продукцию растениеводства и нивелировании негативного действия ТМ на урожайность и биологическую активность почвы.
Практическая значимость результатов исследований. Новые экспериментальные данные могут быть полезны при решении практических вопросов, связанных с рациональным землепользованием, рекультивацией земель, оптимизацией сельскохозяйственного производства, получения экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на загрязненных тяжелыми металлами территориях.
Результаты исследований свидетельствуют о том, что гарантированное получение экологически безопасной сельскохозяйственной продукции на загрязненной ТМ дерново-подзолистой почве достигается различными технологическими приемами, в том числе внедрением новых приемов (применение природных и искусственных сорбентов), способствующих минимизации накопления С<1, Си, Zn зерновыми культурами, кормовыми бобами, картофелем. Наиболее перспективным технологическим приемом является применение впервые разработанного удобрения пролонгированного действия Супродит. Показано, что данное удобрение находит применение в хозяйствах Калужской и Брянской областей.
Получены: Патент (в соавторстве) на способ получения Супродита (Федеральная служба по интеллектуальной собственности, № 2336257 от 20.10.2008 г.) и два авторских свидетельства (в соавторстве) о депонировании и регистрации объекта интеллектуальной собственности (№12412 от 03.09.2007 г.; №13890 от 27.06.2008), а также Диплом и Серебряная медаль «За разработку высокоэффективного комплексного удобрения пролонгированного действия Супродит» (9-ая Российская агропромышленная выставка, 2007 г.).
Имеются акты производственных испытаний нового комплексного удобрения пролонгированного действия (Супродит).
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Выявлены и оценены закономерности влияния ТМ (Сс1, Си, Ъп) в зависимости от их содержания в почве, на продуктивность сельскохозяйственных культур и накопление загрязняющих веществ в продукции растениеводства.
2. Установлена эффективность действия агрохимических средств, природных и искусственных сорбентов по минимизации накопления ТМ (Сё, Си, Zn) в продукции растениеводства.
3. Разработано новое комплексное удобрение пролонгированного действия Супродит, применение которого на загрязненных тяжелыми металлами почвах позволяет получать растениеводческую продукцию соответствующего принятым в России нормативам качества.
4. Экспериментально доказано положительное действие Супродита и природных мелиорантов на биологическую активность почвы.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных и всероссийских конференциях, в том числе на Всероссийской научно-практической конференции «Инновационно-технологические основы развития земледелия» (Курск, 2006), Всероссийской научной конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования» (Москва, 2006), Всероссийской конференции научно-практических итогов реализации проектов, поддержанных Российским фондом фундаментальных исследований в ходе регионального конкурса «ЦЕНТР» в Центральном федеральном округе (Тамбов, 2007), Международном экологическом симпозиуме «Экологические и инженерно-экономические аспекты жизнеобеспечения» (Ганновер, 2007), Международной научной конференции «Сельское хозяйство и климатические изменения» (Саксония, 2010).
Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 19 печатных работах в виде научных статей, патента и авторских свидетельств.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 147 страницах, включает введение, пять глав, выводы, 46 таблиц, 15 рисунков, список литературы из 216 наименований.
Заключение Диссертация по теме "Экология (по отраслям)", Картузова, Мария Николаевна
ВЫВОДЫ
Анализ экологической обстановки в сфере сельскохозяйственного производства показывает, что во многих регионах Российской Федерации уровни загрязнения сельскохозяйственных угодий тяжелыми металлами достаточно высоки. Это определяет необходимость разработки технологий реабилитации сельскохозяйственных угодий, загрязненных в результате хозяйственной деятельности человека.
1. Изучено влияние тяжелых металлов (Сё, 2п) в зависимости от их концентрации в дерново-подзолистой почве на продуктивность и накопление загрязнителей в урожае сельскохозяйственных культур. Показано, что с увеличением концентрации Сё в почве от 1 до 20 мг/кг содержание металла в зерне ячменя возрастает в 13,8 раза, а в корнеплоде редиса в 3,5 раза. С увеличением концентрации Хп от 125 до 500 мг/кг содержание элемента в зерне ячменя возрастает в 2 раза, в корнеплоде редиса в 2,5 раза. Максимальное количество Хп в зерне ячменя и корнеплоде редиса накапливается при загрязнении почвы дозой 500 мг/кг. Содержание Ъа в зерне ячменя при уровнях загрязнения дерново-подзолистой почвы от 250 до 500 мг/кг превышает санитарно-гигиенические нормативы в 1,4-1,9 раза. При загрязнении дерново-подзолистой супесчаной почвы Сё и Ъп прямой пропорциональной зависимости между их концентрацией в почве и накоплением в зерне ячменя не выявлено.
2. Загрязнение дерново-подзолистых почв Нечерноземной зоны Сё, Ъи в концентрации 3 ОДК и выше приводит к снижению продуктивности сельскохозяйственных культур на 15-84% в зависимости от химических свойств токсикантов, уровня плодородия почв, биологических особенностей растений и времени нахождения ТМ в почве. При концентрации Ъх\. в дерново-подзолистой супесчаной почве 500 мг/кг урожай зерна ячменя снижается на 69%, редиса -на 84%>. Концентрация Сё 50 мг/кг и 7,п 1000 мг/кг почвы вызывает стерильность колосьев, урожая зерна ячменя не получено. При концентрации Ъп 2000 мг/кг почвы наблюдается гибель растений ячменя и редиса. Установлено, что при загрязнении дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы Сё 15 мг/кг продуктивность кормовых бобов снижается на 28%, картофеля - на 15%, яровой пшеницы - на 23%.
3. Впервые в серии полевых опытов на дерново-подзолистой почве, загрязненной Сёю-15 мг/кг, показано позитивное влияние природных сорбентов (палыгорскитовая глина, вермикулит) на продуктивность сельскохозяйственных культур и снижение перехода токсиканта в растения. Применение палы-горскитовой глины и вермикулита способствует снижению накопления Сс1 в зерне в 1,5-2,1 раза, в клубнях картофеля - в 1,4 раза, в зеленом корме для животных в 1,6 раза. Вынос Сё с урожаем сельскохозяйственных культур при вне. сении палыгорскитовой глины и вермикулита в почву сокращается в 1,3-1,9 раза.
4. Внесение двойной дозы калия (К180-200) на фоне ^о-юоРэд-юо кг/га действующего вещества при возделывании яровой пшеницы и картофеля на дерново-подзолистой почве, загрязненной Сё^ мг/кг, снижает накопление металла в зерне и клубнях в 1,8-2,3 раза. Применение полного минерального удобрения в дозе М30РбоК,2о уменьшило переход С<1 в вегетативную массу кормовых бобов из почвы и вынос с урожаем с единицы площади в 1,8 раза по сравнению с дозой К30РбоКбо
5. Применение нового комплексного органо-минерального удобрения на основе трепела Супродит в технологиях возделывания зерновых культур на дерново-подзолистой почве, загрязненной Сс1 - 6 мг/кг, Ъъ. - 600 мг/кг, Си — 390 мг/кг, обеспечивает снижение содержания в зерне ячхменя и яровой пшеницы в 1,5-2,5 раза. Внесение Супродита в почву, загрязненную Сё, снижает накопление токсиканта в зерне ячменя в 2,5 раза выше, чем нитрофоска. Эффективность Супродита по сравнению с простыми минеральными удобрениями (содержащие один или два из необходимых элементов питания для растений) выше комплексного удобрения промышленного производства (нитрофоска) как по снижению поступления тяжелых металлов в растения, так и по выносу с урожаем.
6. Внесение Супродита в загрязненную Сё, 7л\, Си в дерново-подзолистую почву нейтрализует негативное влияние тяжелых металлов на основные показатели биологической активности почвы, характеризующие уровень её плодородия. Применение Супродита способствовало повышению потенциальной активности дыхания почвы, загрязненной Znбoo и Си390, в 1,5-2,3 раза по сравнению с применением нитрофоски. Активность связанного с процессом дыхания фермента дегидрогеназы в загрязненной Хп600 почве при внесении Супродита в 1,4-1,9 раза выше, чем при применении нитрофоски.
7. При загрязнении дерново-подзолистой почвы Сс!^ потенциальная активность азотфиксации к концу вегетации кормовых бобов снижается в 1,4 раза, скорость эмиссии СОг в почве в 1,6 раза по сравнению с незагрязненной почвой. Внесение вермикулита в почву нивелирует негативное действие Сс!^ на потенциальную активность азотфиксации. Потенциальная активность азотфиксации почвы, загрязненной Сс1, при внесении минеральных удобрений в дозе К30Рб0К,20 в 1,3 раза выше, чем при внесении М30РбоКбо
8. Применение нового комплексного органо-минерального удобрения пролонгированного действия Супродит в технологиях возделывания сельскохозяйственных культур на техногенно загрязненных территориях позволяет получать продукцию, соответствующую санитарно-гигиеническим нормативам по содержанию тяжелых металлов.
Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Картузова, Мария Николаевна, Б. м.
1. Авакян З.А. Токсичность тяжелых металлов для микроорганизмов / В кн.: Итоги науки и техники. Микробиология. 1973. Т. 2. С. 5-45.
2. Агроэко логическая оценка земель, проектирование адаптивно-ландшафтных систем земледелия и агротехнологий / Под ред. академика РАСХН В.И. Кирюшина, академика РАСХН А.Л. Иванова. Методическое руководство. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2005. 784 с.
3. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса. М.: Колос, 2000. 536 с.
4. Адаптапция агроэкосферы в условиях техногенеза / Под ред. Р.Г. Ильязова. Казань: Изд-во «Фэн» АН РТ, 2006. 664 с.
5. Алексеев Ю.В. Поглощение кадмия злаковыми растениями из дерново-подзолистой и карбонатной почв // Агрохимия. 2003. № 8. С. 80-85.
6. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Л.: Агропромиз-дат, 1987. 142 с.
7. Алексеева A.A., Зырин Н.Г. Диффузия кадмия в почвах // Почвоведение. 1980. №31. С. 66-73.
8. Алексеева-Попова Н.В. Специфичность металлоустойчивости и её механизмов у высших растений // Микроэлементы в биологии и их применение в сельском хозяйстве и медицине: XI Всесоюзная конференция. Самарканд, 1990. С. 260-261.
9. Алексеенко В.А., Алещукин Л.В. и др. Цинк и кадмий в окружающей среде. Серия «Современные проблемы биосферы». М.: изд-во «Наука», 1992. 197 с.
10. Алиева С.А. Агроэкологическая оценка применения разных форм фосфорных удобрений на серых лесных почвах Рязанской области. Дисс. канд. биол. наук. Рязань, 1995 г. 177 с.
11. Анисимова J1.H. Формы нахождения и накопление Со, Си и Zn ячменем в зависимости от содержания металлов в дерново-подзолистой почве // Агрохимия. 2008. № 10. С. 1-7.
12. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970.488 с.
13. Арышева С.П. Накопление 137Cs, Cd, и Со растениями ячменя и модифицирующие эффекты биологически активных веществ. Автореферат дисс. канд. биол. наук: 03.00.01, 03.00.16. Обнинск, 2006. 21 с.
14. Бабьева И.П., Левин С.В., Решетова И.С. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. М., 1980. С.115 120.
15. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ в почве. Механический подход / Под ред. и с предисл. Э.Е. Хавкина. М.: Агро-промиздат, 1988. 376 с.
16. Барсукова B.C. Физиолого-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам. Аналитический обзор. Новосибирск, 1997. Сер. Экология. Вып. 47. С. 1-63.
17. Башкин В.Н., Касимов Н.С. Биогеохимия. М.: Научный мир, 2004. 648 с.
18. Благовещенская Г.Г., Духанина Т.М. Микробные сообщества и их функционирование в условиях применения средств химизации // Агрохимия. 2004. № 2. С. 80-88.
19. Большаков В.А., Гальпер Н.Я., Клименко Г.А., Лычкина Т.И., Башта Е.В. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. Обзорная информация. М., 1978. 51с.
20. Бочарникова Е.А., Матыченков В.В. Влияние активного кремния на подвижность кадмия в системе почва-растение // II Международная научная конференция «Современные проблемы загрязнения почв»: Сб. материалов. М.: МГУ, 2007. Том 1. С. 62-65.
21. Веригина К.В. Цинк, медь, кобальт в почвах Московской области // Микроэлементы в некоторых почвах СССР. М.: Наука, 1964. С. 27-84.
22. Виноградов А.П. Геохимия редких и рассеянных химических элементов в почве. М.: Изд-во АН СССР, 1950. 272 с.
23. Влияние загрязнения окружающей среды на продуктивность сельскохозяйственных культур / Под ред. Е.Ф. Покровской. М.: ВНИИТЭСХ, 1980. 30 с.
24. Временный максимально-допустимый уровень (ВМДУ) химических элементов в кормах сельскохозяйственных животных. № 123-41281-87 от 15.07.87 г.
25. Гармаш Г.А., Гармаш Н.Ю. Распределение ТМ по органам культурных растений // Агрохимия. 1987. С. 40-46.
26. Гармаш Н.Ю. Влияние тяжелых металлов на содержание элементов питания в пшенице // Химия в сельском хозяйстве. 1987. № 3. С. 57-60.
27. Гармаш Н.Ю. Тяжелые металлы и качество зерна пшеницы // Химия в сельском хозяйстве. 1985. Т. 23. № 6. С. 48-49.
28. Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.3.2.1078-01. М.: ФГУП «ИнтерСЭН», 2002. 168 с.
29. Гигиенические требования к использованию сточных вод и их осадков для орошения и удобрения. СанПиН 2.1.7.573-96 утв. постановлением Госком-санэпиднадзора РФ от 31 октября 1996 г. № 46. 40 с.
30. Глазовская М.А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР. М.: Высшая школа, 1988. 328 с.
31. Головатый С.Е. Тяжелые металлы в агроэкосистемах. Минск: Республиканское унитарное предприятие «Институт почвоведения и агрохимии», 2002.
32. Головатый С.Е., Жигарев П.Ф., Панкрутская Л.И. Поступление кадмия в сельскохозяйственные растения// Агрохимия. 2000. С. 81-85.
33. Горбатов B.C. Зырин Н.Г. Обухов Н.И. Адсорбция почвой цинка, свинца, кадмия // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 1988. №1. С. 10-16.
34. Горбатов B.C., Зырин Н.Г. Адсорбция Zn, Pb, Cd почвой и кислотно основное равновесие // Вестник Московского университета. Сер. 17. Почвоведение. 1988. №3. С. 21-25.
35. Горбунов Н.И. Минералогия и физическая химия почв. М.: Наука, 1978. 291 с.
36. Гуральчук Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам // Физиология и биохимия культурных растений. 1994. Т. 26. С. 107-117.
37. Добровольский В.В. Биосферные циклы металлов и регуляторная роль почвы // Почвоведение. 1997. № 4. С. 431-441.
38. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.: Мысль, 1983.272 с.
39. Добровольский В.В. Основы биогеохимии. М.: Изд. центр «Академия», 2003. 400 с.
40. Добровольский В.В. Тяжелые металлы: загрязнение окружающей среды и глобальная геохимия // Тяжелые металлы в окружающей среде. М.: МГУ, 1980. С. 3-12.
41. Добровольский Г.В., Гришина Э.А. Охрана почв. М.: Изд-во МГУ, 1986. 195 с.
42. Доспехов Б.А. Планирование полевого опыта и статистическая обработка его данных. М.: Колос, 1972. С. 85-92.
43. Дунсин Чжоу. Агроэкологическая оптимизация применения органо-растительных компостов на основе ОСВ на дерново-подзолистой супесчаной почве. Дисс. канд. сельскохоз. наук. M.: МСХА, 2005. 119 с.
44. Евдокимова Г.А. Экологически допустимые промышленные воздействия на почвенную биоту и возможность восстановления биологических свойств почвы // Экол.-геогр. пробл. Кол. Севера. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 1992. С. 47-50, 140.
45. Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П. Микроорганизмы тундровых и лесных подзолов Кольского Севера. Апатиты: Изд-во КНЦ РАН, 2001. 184 с.
46. Егоров B.C., Госсе Д.Д., Кураков A.B. Влияние сорбентов на агрохимические и микробиологические свойства дерново-подзолистой почвы, загрязненной свинцом, и поглощение его растениями // Агрохимия. 2005 № 9. С. 62-69.
47. Егорова Е.В., Егоров B.C., Арзамазова A.B. Изменение ферментативной активности дерново-подзолистой почвы на агрохимических фонах при загрязнении свинцом и кадмием // Доклады РАСХН. 2002. № 4. С. 29-30.
48. Жандарова C.B., Жандаров Б.В. Экологические аспекты возделывания зерновых культур на загрязненных тяжелыми металлами почвах // Агрохимический вестник. 2005. № 1. С. 24-26.
49. Жигарева Т.Л., Алексахин P.M., Свириденко Д.Г., Ратников А.Н. и др. Влияние природных мелиорантов и ТМ на урожайность зерновых культур и микрофлору дерново-подзолистой почвы // Агрохимия. 2005. № 11. С. 60-65.
50. Журбицкий З.И. Теория и практика вегетационного опыта. М.: Наука, 1968. 243 с.
51. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами / Под ред.
52. B.А. Большакова, Н.Я. Гальпер, Г.А. Клименко, Т.И. Лычкиной, Е.В. Баш-таевой. М.: ВАСХНИЛ, 1978. 52с.
53. Звягинцев Д.Г. и др. Изменения в комплексе почвенных микроорганизмов при антропогенных воздействиях // Успехи почвоведения. 1986. № 14.1. C. 64-69.
54. Зимаков И.Е., Захарова Л.Л. Накопление тяжелых металлов различными видами растений и особенности ведения хозяйства вблизи цинковых предприятий // Сельскохозяйственная биология. Сер. Биология растений. 1984. №4. С. 117-121.
55. Золотарева Б.И., Иванникова Л.А. Выделение С02 серой лесной почвой в зависимости от вносимого количества соединений тяжелых металлов // Агрохимия. 1992. № 11. С. 82-95.
56. Зырин Н.Г., Каплунова Е.В., Сердюкова A.B. Нормирование содержания тяжелых металлов в системе «почва-растение» // Химия в сельском хозяйстве. 1985. Т. XXIII. № 6. С. 45-48.
57. Зырин Н.Г., Чеботарева H.A. К вопросу о формах соединений меди, цинка, свинца в почвах и доступности их для растений // Содержание и формы соединений микроэлементов в почвах. М.: МГУ, 1979. С. 324-350.
58. Ильин В.Б. Поступление тяжелых металлов в растения при их повышенном содержании в почве // Известия СО АН СССР. Сер. Биол. науки. 1981. № 10. Вып. 2. С. 49-56.
59. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. Новосибирск: Наука, Сиб. отделение, 1991. 151 с.
60. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, произрастающей на загрязненной этими металлами почвах // Агрохимия. 1980. № 5. С. 114-120.
61. Ильин Г.А., Гармаш Н.Ю. Влияние тяжелых металлов на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 1985. № 6. С. 90-100.
62. Ищенко Г.С., Бутник A.C. Фитотоксичность кобальта, кадмия и накопление их в основных сельскохозяйственных культурах Средней Азии // Агрохимия. 1991. № 6. С. 65-69.
63. Кабата-Пендиас А. Проблемы современной биогеохимии микроэлементов // Российский химический журнал. (Журн. Российского химического общества им. Д.И. Менделеева). 2005. Т. XLIX. № 3. С. 15-19.
64. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.
65. Казак В.Г., Онищенко Т.Л., Горбунов A.B. Элементы примеси в фосфорных удобрениях // Химия в сельском хозяйстве. 1987. № 3. С. 61-62.
66. Калашникова З.В. Накопление кобальта и кадмия в урожае некоторых сельскохозяйственных культур при облучении растений на почвах, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимия. 1991. № 9. С. 77-82.
67. Карягина Л.А. Микробиологические основы повышения плодородия почв. Минск.: Наука и техника, 1983. 181 с.
68. Касимов Н.С., Кошелева Н.Е., Самонова O.A. Подвижные формы тяжелых металлов в почвах лесостепи Среднего Поволжья (опыт многофакторного регрессионного анализа) //Почвоведение. 1995. № 6. С. 705-713.
69. Кирейчева Jl.В., Глазунова И.В. Методы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Почвоведение. 1995. № 7. С. 892-896.
70. Клевенская И.Л. Влияние тяжелых металлов (Cd, Zn и Pb) на биологическую активность почв и процесс азотфиксации / В кн.: Микробоценозы почв при антропогенном воздействии. Новосибирск, 1985. С. 73-94. .
71. Ковда В.А. Биохимия почвенного покрова. М.: Наука, 1985. 263 с.
72. Ковда В.А., Якушевская И.В., Тюрюканова А.Н. Микроэлементы в почвах Советского Союза. М.: Наука, 1959.
73. Кошелева Н.Е., Касимов Н.С., Самонова O.A. Регрессивные модели поведения тяжелых металлов в почвах Смоленско-Московской возвышенности //Почвоведение. 2002. № 8. С. 954-966.
74. Кузнецов А.Н., Капитонова В.В. Фиторемедиация: возможности и перспективы. Актуальные проблемы экологии, защиты растений и экологического земледелия: Материалы научно-практической конференции. Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2009. С. 137-139.
75. Кузнецова Л.М., Зубарева Е.Б. Влияние тяжелых металлов на урожай и качество пшеницы // Химия в сельском хозяйстве. 1997. № 2. С. 36-37
76. Кукушкин В.К., Наумов А.Д., Тарасов В.М., Фокин А.Д. Методика определения фракционного состава цинка в черноземах Лесостепной зоны // Актуальные вопросы генезиса и мелиорации почв: Сб. научных трудов МСХА. М., 1986. С. 40-46.
77. Ладонин Д.В. Влияние железистых и глинистых минералов на поглощение меди, цинка, свинца и кадмия в конкреционном горизонте подзолистой почвы // Почвоведение. 2003. №10. С. 1197-1206.
78. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах проблемы и методы изучения // Почвоведение. 2002. № 6. С. 682-692.
79. Ладонин Д.В., Маргошина С.Е. Взаимодействие гуминовых кислот с тяжелыми металлами //Почвоведение. 1997. № 7. С. 806-811.
80. Ладонин Д.В., Пляскина О.В. Изучение механизмов поглощения Си (II), Zn (II) и Pb (II) дерново-подзолистой почвой // Почвоведение. 2004. № 5. С. 537-545.
81. Ладонин Д.В.Конкурентные взамоотношения ионов при загрязнении почвы тяжелыми металлами //Почвоведение. 2000. № 10. С. 1285-1293.
82. Лебедева Л.А., Лебедев С.Н., Едемская H.A. Биологические свойства загрязненной тяжелыми металлами дерново-подзолистой почвы при известковании // Доклады РАСХН. 1994. № 5. С. 23-25.
83. Левин C.B., Гузев B.C. и др. Тяжелые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту // Микроорганизмы и охрана почв. М., 1989. С. 5-46.
84. Летунова C.B., Умаров М.М., Ниязова Г.А., Мелехин Е.И. Активность азотфиксации как один из возможных критериев определения ПДК тяжелых металлов в почве // Почвоведение. 1985. № 9. С. 104.
85. Лукин C.B., Кононенко Л.А., Мирошникова Ю.В. Влияние кадмия на развитие фотосинтетического аппарата и урожайность яровой пшеницы // Агрохимия. 2004. № 3. С. 63-68.
86. Лурье A.A., Фокин А.Д., Касатиков В.А. Поступление цинка и кадмия в зерновые культуры из почвы, удобренной остатками сточных вод // Агрохимия. 1995. № 11. С. 80-92.
87. Марфенина O.E., Мирчинк Т.Г. Микроскопические грибы при антропогенном воздействии на почву // Почвоведение. 1988. № 9. С.107-112.
88. Мельничук Ю.П. Влияние ионов кадмия на клеточное деление и рост растений. Киев: Наукова думка, 1990. 148 с.
89. Методические указания по определению тяжелых металлов в кормах и растениях и их подвижных соединений в почвах. М.: ЦИНАО, 1993. 40 с.
90. Методические указания по получению экологически чистой сельскохозяйственной продукции на техногенно загрязненных территориях. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2005. 93 с.
91. Методы оценки устойчивости агроэкосистем при воздействии техногенных факторов. Обнинск: ГНУ ВНИИСХРАЭ, 2009. 134 с.
92. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991. 304 с.
93. Микроэлементы в питании человека / Доклад комитета экспертов ВОЗ. Сер. Техн. докл. ВОЗ. Женева, 1975. 74с.
94. Минеев В.Г. Избранное. Сб. статей: в 2-х частях. Агрохимия и качество пшеницы. Экологические проблемы и функции агрохимии. М.: Изд-во МГУ, 2005. 601 с.
95. Минеев В.Г. Проблема тяжелых металлов в современном земледелии // Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М.: МГУ, 1994. С. 5-10.
96. Минеев В.Г., Алексеев A.A., Тришин Т.А. Цинк в окружающей среде // Агрохимия. 1984. №-3. С. 94-104.
97. Минеев В.Г., Болышева Т.Н. Деградация химических свойств, почв / Деградация и охрана почв / Под ред. академика РАН Г.В. Добровольского. М.: МГУ, 2002. 654 с.
98. Минеев В.Г., Лебедева Л.А., Соловьева Ю.Б. Экологические функции известкования кислых почв, загрязненных кадмием и цинком // Доклады РАСХН. 2000. № 6. С. 30-32.
99. Морачевская Е.В. Влияние кадмия на поглощение и передвижение элементов питания растений // Агрохимический вестник. 2003. № 1. С. 38-39.
100. Научные основы ведения сельского производства на техногенно загрязненных территориях, обеспечивающие получение продукции, соответствующей нормативам. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2004. 110с.
101. Научные основы нормирования воздействия техногенных факторов различной природы на компоненты агроэкосистем. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2009. 89 с.
102. Нейтрализация загрязненных почв: монография / Под общ. ред. Ю.А. Можайского. Рязань: Мещерский ф-л ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии, 2008. 528с.
103. Нестерова А.Н. Действие тяжелых металлов на корни растений 1. Поступление свинца, кадмия, цинка в корни, локализация металлов и механизмы устойчивости растений // Биологические науки. 1989. № 9. С. 72-86.
104. Нетрадиционные виды нерудного минерального сырья. / Под ред. У.Г. Дистанова, A.C. Филько. М.: Недра, 1990. С. 261.
105. Овчаренко М.М. Реакция почвенной среды и кальция на содержание тяжелых металлов в растениях // Агрохимический вестник. 2001. № 3. С. 24-26.
106. Овчаренко М.М. Эколого-агрохимическая оценка земледелия России / В кн.: Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М., 1994. С. 27-32.
107. Овчаренко М.М., Шильников И.А., Полякова Д.А., Графская Г.А., Иванов А.Е., Сопильняк Н.Т. Влияние известкования и кислотности почвы на поступление в растения тяжелых металлов // Агрохимия. 1996. № 1. С. 74-84.
108. Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почвах. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.2041-06. // Токсикологический вестник. № 6. 2006. С. 42-44.
109. Орлов Д.С.Химия почв. М.: Изд-во Московского университета, 1992. С. 376.
110. Оценка экологического состояния почвенно-земельных ресурсов региона в зонах влияния промышленных предприятий (на примере Тульской области) / Под ред. Г.В. Добровольского и С.А. Шобы. М.: Изд-во Московского университета, 1999. 252 с.
111. Павлык P.M. Поступление в почву свинца, кадмия, меди, цинка, и их трансформация в лугово-черноземной почве: Сборник материалов 3-ей Международной научной конференции «Современные проблемы загрязнения почв». М.: МГУ, 2010. С. 177-182.
112. ПейвеЯ.В. Агрохимия и биохимия микроэлементов. М.: Наука, 1980. 158 с.
113. Первунина Р.И., Зырин Н.Г. Миграция соединений кадмия в модельном агробиоценозе / Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: 2 Всесоюзное совещание, Обнинск, 1978. JL: Гидрометеоиз-дат, 1980. С. 182-191.
114. Переломов J1.B., Пинский Д.Л. Формы Mn, РЬ и Zn в серых лесных почвах среднерусской возвышенности // Почвоведение. 2003. № 6. С. 682-691.
115. Перцовская А.Ф. Действие тяжелых металлов на микроорганизмы и биологическую активность почвы // Микроорганизмы в сельском хозяйстве: Тезисы докладов Всесоюзной научной конференции. М., 1986. С. 115-116.
116. Пинский Д.Л. К вопросу о механизмах ионообменной адсорбции тяжелых металлов почвами // Почвоведение. 1998. № 11. С. 1348-1355.
117. Пинский Д.Л., Орешкин В.Н. Тяжелые металлы в окружающей среде // Экспериментальная экология. М.: Наука, 1991. С. 201-213.
118. Пинский Д.Л., Фиала К., Моцик А., Душкина Л.Н. Исследование механизма поглощения меди, кадмия и свинца лугово-черноземной карбонатной почвой//Почвоведение. 1986. № 11. С. 58-66.
119. Покровская С.Ф., Гладкова Л.И. Использование осадков городских сточных вод в сельском хозяйстве. М.: ВНИИТЭИагропром, 1986. 44 с.
120. Попова A.A. Влияние минеральных и органических удобрений на состояние тяжелых металлов в почвах // Агрохимия. 1991. № 3. С. 62-67.
121. Потатуева Ю.А., Касицкий Ю.И. и др. Влияние длительного применения фосфорных удобрений на накопление в почве и растениях тяжелых металлов//Агрохимия. 1994. № И. С. 98-113.
122. Практикум по агрохимии: Учеб. пособие / Под ред. академика РАСХН В.Г. Минеева. М.: МГУ, 2001. 689с.
123. Программа сотрудничества ЕС Россия (ТАСИС) Проект «Реформирование земельных и имущественных отношений II» (Europe Aid/120673/C/SV/RU) Современное сельскохозяйственное землепользование в Росии: состояние, проблемы и перспективы. М., 2007.
124. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. JL: Гидрометеоиздат, 1981. 543 с.
125. Реестр технологических приемов восстановления техногенно нарушенных сельскохозяйственных земель. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2009. 106 с.
126. Рекомендации по ведению кормопроизводства и животноводства, обеспечивающие получение нормативной продукции в условиях техногенного загрязнения. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2007. 111с.
127. Рекомендации по организации земледелия на техногенно загрязненных сельскохозяйственных угодьях (загрязнение радионуклидами и тяжелыми металлами). Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2006. 66 с.
128. Роева H.H., Ровинский Ф.Я., Кононов Э.Я. Специфические особенности поведения тяжелых металлов в различных природных средах // Журнал аналитической химии. 1996. Т. 51. № 4. С. 384-397.
129. Романенко Г.А. Концепция развития агрохимии и агрохимического обслуживания сельского хозяйства Российской Федерации на период до 2010 г. / Г.А. Романенко, А.Л. Иванов, В.А. Клюкач, А.И. Подколзин и др. / Под ред. Г.А. Романенко. М.: ВНИИА, 2005. 80 с.
130. Рэуце К., Кырсти С. Борьба с загрязнением почвы. М.: Агропромиздат, 1986. 221 с.
131. Садовникова JI.K. Проблемы использования и рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 1. С. 37-38.
132. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.3.2.560-96 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов» (утв. постановлением Госкомсанэпиднадзора РФ от 24 октября 1996 г. №27). 5 с.
133. Свириденко Д.Г. Влияние технологических приемов возделывания зерно1 47вых культур на накопление Cs и тяжелых металлов в урожае и биологическую активность почв: Дисс. канд. биол. наук: 03.00.01, 03.00.16. Обнинск, 2006. 137 с.
134. Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Жигарева Т.Л., Петров К.В., Попова Г.И. Техногенное загрязнение почвенно-растительного покрова тяжелыми металлами и поведение их в системе почва-растение // Бюллетень ВИУА. 2003. № 119. С. 173-175.
135. Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Жигарева Т.Л., Попова Г.И., Петров К.В. Применение природных мелиорантов на техногенно загрязненных почвах //Плодородие. 2003. № 1(10). С. 30-31.
136. Свириденко Д.Г., Ратников А.Н., Жигарева Т.Л., Попова Г.И., Петров К.В. Влияние загрязнения почвы ТМ на микробоценоз и урожай ячменя в зависимости от удобрений // Плодородие. 2003. № 3(12). С. 19-20.
137. Сельскохозяйственная радиоэкология / Под ред. P.M. Алексахина, H.A. Корнеева. М.: Экология, 1991. 400 с.
138. Соболев A.C., Мельничук Ю.П., Калинин Ф.Л. Адаптация растений к ин-гибирующему действию кадмия // Физиология и биохимия культурных растений. 1982. Т. 4. № 1. С. 84-88.
139. Соколов O.A., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 1. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. 164 с.
140. Степанок В.В. Влияние сочетания соединений тяжелых металлов на урожай сельскохозяйственных культур и поступление тяжелых металлов в растения //Агрохимия. 2000. № 1. С. 74-80.
141. Стрнад В., Золотарева Б.Н., Лиховской А.Е. Влияние внесения водорастворимых солей свинца, кадмия, меди на их поступление в растения и урожайность некоторых сельскохозяйственных культур // Агрохимия. 1991. № 4. С. 76-83.
142. Суслина Л.Г., Анисимова Л.Н., Круглов C.B., Анисимов B.C. Накопление Си, Zn, Cd и Pb ячменем из дерново-подзолистой и торфяной почв при внесении калия и различном pH // Агрохимия. 2006. № 6. С. 1-11.
143. Сюняев Н.К., Тютюнькова М.В., Слипец A.A., Сюняева О.И., Малахова С.Д., Кокорева С.Д. Анализ опыта почвенного пути утилизации осадков сточных вод: Научная монография. Калуга.: ФГОУ ВПО РГАУ МСХА, 2008. 108 с.
144. Сюняев Н.К. Малахова С.Д., Сюняева О.И., Тютюнькова М.В. Агроэкология осадков сточных вод г. Калуги: Научная монография. Калуга.: ФГОУ ВПО РГАУ МСХА, 2008. 150 с.
145. Технологические приемы в растениеводстве, повышающие устойчивость агроценозов в условиях техногенного загрязнения сельскохозяйственных угодий. Обнинск: ВНИИСХРАЭ, 2008. 57 с.
146. Титов А.Ф., Лайдинен Г.Ф., Казнина Н.М. и др. Влияние высоких концентраций кадмия на рост и развитие ячменя и овса на ранних этапах онтогенеза // Агрохимия. 2002. № 9. С. 61-65.
147. Туев H.A. Экологические проблемы интенсивного земледелия // Вестник сельскохозяйственных наук. 1988. № 6. С. 91-95.
148. Тэрьице К.В., Покаржевский А.Д., Гусев A.A., Савченко JI.B. Сочетанное действие микроэлементов на биологическую активность мощных черноземов // Биодинамика почв: Тезисы докладов 3 Всесоюзного симпозиума, Харку, 25-27 окт. 1988. Таллинн, 1988. С. 158.
149. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение / Под ред. М.М. Овчаренко. М, 1997. 290 с.
150. Удельнова Т.М., Ягодин Б.А. Цинк в жизни растений, животных и человека//Успехи современной биологии. 1993. Т 113. Вып. 2. С. 176-189.
151. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация. М.,1986. 153 с.
152. Умаров М.М., Азиева Е.Е. Некоторые биохимические показатели загрязнения почв тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. М., 1980. С. 109-115.
153. Умаров М.М., Перцовская А.Ф., Звягинцев Д.Г. и др. Определение активности азотфиксации ацетиленовым методом для гигиенического нормирования содержания тяжелых металлов в почве // Гигиена и санитария. 1981. № 2. С. 24-67.
154. Умаров М.М., Шабаев В,П., Смолин В.Ю., Мамедов Н.М. Нитрогеназная активность в ризосфере и урожай тритикале при применении азотфикси-рующих смешанных культур микроорганизмов // Почвоведение. 1993. № 3. С. 70-75.
155. Устойчивость к тяжелым металлам дикорастущих видов / Под ред. Н.В. Алексеевой-Поповой. JL: Наука, 1983. 214 с.
156. Уткин A.A. Влияние цеолитсодержащего препарата на физико-химических свойства торфяной низинной почвы и аккумуляцию свинца растениями // Агрохимия. 2010. № 4. С. 62-68.
157. Ушаков Р.Н. Влияние цинка на систему почва-растение // Вестник РАСХН. 2003. №6. С. 30-32.
158. Фатеев А.И., Мирошниченко H.H., Самохвалова B.JI. Миграция, транслокация и фитотоксичность тяжелых металлов при полиэлементном загрязнении почвы // Агрохимия. 2001. № 3. С. 57-61.
159. Феник С.И., Трофимяк Т.Б., Блюм Я.Б. Механизмы формирования устойчивости растений к тяжелым металлам // Успехи современной биологии. 1995. Т. 115. Вып. 3. С. 261-275.
160. Хазиев Ф.Х. Методы почвенной энзимологии. М.: МГУ, 1991. 103 с.
161. Хабиров И.К., Недорезков В.Д., Хазиев Ф.Х. и др. Рекомендации по сохранению и повышению плодородия почв Республики Башкортостан. Уфа, 2000. 164 с.
162. Химическое загрязнение почв и их охрана / Орлов Д.С, Малинина М.С., Мотузова Г.В. и др. М.: Агропромиздат, 1991. 303 с.
163. Химия долгоживущих осколочных элементов / Под ред. A.B. Николаева. М.: Атомиздат, 1970. 328 с.
164. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / Под ред. Н.Г. Зырина, J1.K. Садовниковой. М.: Изд-во МГУ, 1985. 208 с.
165. Цинк и кадмий в окружающей среде / Под ред. В.В. Добровольского. М.: Наука, 1992. 200 с.
166. Цыганов А.Р. и др. Приемы по снижению подвижности тяжелых металлов в почвах и накоплению их в растениеводческой продукции // Природные ресурсы. 1998. № 4. С. 81-85.
167. Челтыгмашева И.С., Черных H.A. Качество растениеводческой продукции в условиях загрязнения тяжелыми металлами. М.: «0ргсервис-2000», 2004. 95 с.
168. Черных H.A. Изменение содержания ряда химических элементов в растениях под действием различных количеств тяжелых металлов в почве // Агрохимия. 1991. № 3. С. 68-76.
169. Черных H.A., Милащенко Н.З., Ладонин В.Ф. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. М., 1999. 175 с.
170. Черных H.A., Овчаренко М.М. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах: Учебное пособие. М.: Агроконсалт, 2002. 200 с.
171. Шильников И.А., Аканова Н.И. Проблема снижения подвижности тяжелых металлов при известковании // Химия в сельском хозяйстве. 1995. № 4. С. 29-32.
172. Шипунов В.Я., Степанов A.M. Изменение химической структуры биосферы в результате сжигания ископаемых топлив // Известия Всесоюзного географического общества. 1979. Т. III. С. 476-484.
173. Юдинцева Е.В., Калашникова З.В., Филипас А.С. Влияние повышенного содержания в почвах тяжелых металлов на урожай яровой пшеницы и его качество //Агрохимия. 1988. № 6. С. 100-103.
174. Юдинцева Е.В., Филипас А.С., Ратников А.Н., Вострикова О.А. Влияние свойств почв на поведение 60Со и 115Cd в системе почва-растения // Агрохимия. 1984. № 5. С. 82-87.
175. Ягодин Б.А., Виноградова С.Б. Говорилина В.В. Кадмий в системе почва-удобрения-растения-животные организмы и человек // Агрохимия. 1989. № 5. С. 118-130.
176. Alef К, Kleiner D. Applicability arginine ammoniflcation as indicator of microbial activity in different soils //Biol Fertil Soils, 1987. 5: 148-151.
177. Baker AJM, Walker PL. 1990. Ecophysiology of metal uptake by tolerant plants. In Heavy Metal Tolerance in Plants: Evolutionary Aspects, ed AJ Shaw, pp 155-177, CRC Press, Boca Raton, FL.
178. Blaylock MJ, Huang JW. 1999. Phytoextraction of metals. In Phytoremediation of Toxic Metals: Using Plants to Clean up the Environment, eds, I Raskin, BD Ensley, pp 53-70, John Wiley & Sons Inc, New York, NY.
179. Bridgwater, A.V., Meier, D., Radlein, D., (1999): An overview of fast pyrolysis of biomass. Org. Geochem. 30; 1479-1493.
180. Caro J.H. Characterization of Superphospate in Superphosphate: its History, Chemistry and Manufacture // U. S. Dept. Agr. and TVA Wasington, D.S.: 1964. P. 149-159.
181. Claire, L.C., D.C. Adriano, K. S. Sajwan, S.L., Abel, D.P. Thoma, and J.T. Driver, 1991. Effects of selected trace metals on germinating seeds of six plant species. Water, Air, and Soil Pollution, 59, pp. 231-240.
182. Council Directive 86/278/EEC on the protection of the environment, and in particular of the soil, when sewage sludge is used in agriculture, 1986. 7 p.
183. Cunningham, S.D., J.W. Huang, J. Chen, and W.R. Berti. (1996): Abstracts of Papers of the American Chemical Society. 212; p. 87.193. di Toppi, S.L., Gabrielli, R., 1999. Response to cadmium in higher plants. Environ. Exp. Bot. 41, 105-130.
184. Fernandes, J.C., and F.S. Henriques, 1991. Biochemical, physiological, and structural effects of excess copper in plants, The Botanical Review, 57, pp. 246273.
185. FlieBbach A, Martens A, Reber HH (1994) Soil microbial biomass and microbial activity in soils treated with heavy metal contaminated sewage sludge. Soil Biology and Biochemistry 26, 9: 1201-1205.
186. Haghiri F. (1974) Plant uptake of cadmium as influenced by exchange capacity, organic matter and soil temperature. Journal of Environmental Quality 3, 180183.
187. Hemida S.K., Omar S.A., Abdel-Mallek A.Y. Microbial Populations and Enzyme Activity in Soil Treated with Heavy Metals // Water, Air, and Soil Pollution, 1997. 95: 13-22.
188. Igwe, J.C., I.C. Nnorom and B.C.G. Gbaruko. 2005. Kinetics of radionuclides and heavy metals behaviour in soils: Implications for plant growth. African Journal of Biotechnology, 4(B): 1541-1547.
189. Iskandar I. (Ed.) Environmental restoration of metals-contaminated soils. Boca Ration. 2001. 304 c.
190. Klarschlammverordnung (BGB1.1 S. 912), 1992. 39 p.
191. McNeil, K. R. and Waring, S. (1992): In Contaminated Land Treatment Technologies (ed. Rees J. F.), Society of Chemical Industry. Elsvier Applied Sciences, London, pp. 143-159.
192. Metzler DE, Metzler CM (eds; 2003) Biochemistry. The chemical reactions of living cells. 2nd ed; Academic Press, New York; 1 and 2: 1173 p.
193. Mortvedt J. Cadmium levels in soils and plant tissues from longterm soil fertility experiments in the United S'ates // Society Soil Sc. Congress. 13 Transactions. 1986. Vol. 3.P. 870-871.
194. Mortvedt J.J. Heavy metal contaminants in inorganic and organic fertilizers. Earth and Environmental Science. Fertil-res. Dordrecht: Kluwer Academic Publishers. 1995/1996. v. 43 (1/3) p. 55-61.
195. Perry ADM, Amaranthus MR Borchers JG, Borchers SL, Brainerd RE (1989) Bootstrapping in ecosystems. Bioscience 39: 230-237
196. Raskin, I., R.D. Smith and D.E. Salt. (1997): Phytoremediation of metals: Using plants to remove pollutants from the environment. Curr. Opin. Biotechnol. 8(2); 221-226.
197. Reeves RD, Baker AJM. 1999. Metal-accumulating plants. In Phytoremediation of toxic Metals: Using Plants to Clean up the Environment, eds, I Raskin, BD Ensley, pp 193-229, John Wiley & Sons Inc, New York, NY
198. Richard C. Strickland, William R. Chaney, and Robert J. Lamoreaux Cadmium Uptake by Pinus resinosa Ait. Pollen and the Effect on Cation Release and Membrane Permeability Plant Physiol. 1979 64: 366-370.
199. Sadowsky, M. J. (1999): In Phytoremediation : Past promises and future practices. Proceedings of the 8th International Symposium on Microbial Ecology. Halifax, Canada; pp. 1-7.
200. Sandalio, L.M., Dalurzo, H.C., Gomez, M., Romero-Puertas, M.C., del Rio, L.A., 2001. Cadmium-induced changes in the growth and oxidative metabolism of pea plants. J. Exp. Bot. 52, 2115-2126.
201. Sauerbeck D. Welche Schwermetallgehalte in Pflanzen durfer nicht uberschritten werden, um Washsturnsbeeintrachtigungen zu vermeiden. Landwirtschaftliche Forschung, Kongressband, 1982. S-H. 39.
202. Smith, B. (1993): Remediation update funding the remedy. Waste Manage. Environ. 4: 24-30.
203. Sparks D.L. Elucidating the fundamental chemistry of soils: past and recent achievements and future frontiers // Geoderma. 2001. V. 100. P. 303-319.
204. Williams, C.H., David, D.J., 1973. The effect of superphosphate on the cadmium content of soils and plants. Aust. J. Soil Res. 11, 43-56.
205. Würgler FE, Kramers PG (1992) Environmental effects of genotoxins (eco-genotoxicology). Mutagenesis 7, 5: 321-327.
-
Картузова, Мария Николаевна
-
кандидата биологических наук
-
Б. м., 0
-
ВАК 03.02.08
- Содержание и транслокация поллютантов в компонентах антропогенно измененных биогеоценозов в условиях Республики Мордовия
- Агроценозы в условиях радиоактивного загрязнения
- Агроценоз как элемент антропогенеза лугово-бурых почв
- Влияние техногенного загрязнения на свойства почв промышленных районов Свердловской области
- Очистка и детоксикация оподзоленных и выщелоченных черноземов, загрязненных тяжелыми металлами
