Стронций в мелиорируемых фосфогипсом почвах солонцовых комплексов и его поступление в растения

Вавилова, Елена Васильевна

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Стронций в мелиорируемых фосфогипсом почвах солонцовых комплексов и его поступление в растения
ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Стронций в мелиорируемых фосфогипсом почвах солонцовых комплексов и его поступление в растения"

РГб од

На правах рукописи УДК 631.445.53:631.413.3

2 7 ЯНЗ 1337

ВАВИЛОВА Елена Васильевна

СТРОНЦИЙ В МЕЛИОРИРУЕМ« «ОССОГЙПСОМ ПОЧВАХ С&жяцрвых КОМПЛЕКСОВ И ЕГО ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ.

Специальность 03.СЮ.27 - почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Москва 1997

Работа выполнена в Лаборатории генезиса и мелиорации солонцов Почвенного института им. В. В. Докучаева.

Научный руководитель: кандидат биологических наук И. Н. Любимова.

Официальные оппоненты: А. С. Фрид - доктор сельскохозяйственных наук; Н. А. Гончарова - кандидат сельскохозяйственных наук.

Ведущая организация - Всероссийский научно-исследовательский институт охраны природы.

Защита состоится 1997 года в /¿? часов на

заседании Специализированного совета К.020.25.01 при Почвенном институте им. В. В. Докучаева по адресу: 109017, Москва, Пыжевский пер.,д. 7.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Почвенного института имени В. В. Докучаева.

Автореферат разоолан (^¿¿ц^и

1996 Г.

Ученый секретарь Специализированного совета доктор сельскохозяйственных

наук М. С.

Симакова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ .

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Охрана окружающей среды от загрязнений привлекала и привлекает к себе пристальное внимание исследователей. Наряду с техногенным загрязнением ландшафтов, большое распространение получило загрязнение почв, сельскохозяйственной продукции, природных вод от применяемых пестицидов, удобрений, химических мелиорантов. В связи с этим проблема оценки опасности загрязнения солонцовых и сопряженных с ними почв и территорий при химической мелиорации является весьма актуальной.

Известно, что солонцовые почвы характеризуются крайне отрицательными физическими и физико-химическими свойствами. Площадь солонцовых земель в России составляет 30,8 млн. га. Наиболее распространенным приемом, позволяющим повысить плодородие солонцов с глубоким залеганием карбонатов и гипса остается их химическая мелиорация. Самым распространенным мелиорантом в настоящее время является фосфогипс - отход производства фосфорной кислоты и суперфосфата. Наряду с основным действующим веществом ( гипсом ), фосфогипс содержит большое количество соединений других элементов, в том числе от 1,6 до 2,1% стронция. Одновременное повышение содержания стронция и недостаток кальция в почвах и пищевых рационах вызывает крушения в обмене веществ у животных и человека, и приводит к заболеваниям костной ткани ( стронциевый рахит ). Сведения о загряёнении почв стронцием при мелиорации почв фосфогип-сом имеют фрагментарный характер, весьма противоречивы и не дают однозначной экологической оценки опасности стронция, вносимого с мелиорантом. Не до конца разработаны методические подходы к оценке опасности стронция в системе мелиорант - почва - растение.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Дать оценку опасности загрязнения солонцовых и сопряженных с ними почв и сельско-хоэяйственных растений стронцием при химической мелиорации фосфогипсом. Выявить влияние региональных особенностей мелиорируемых почв на поведение стронция в системе мелиорант - почва - растение.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ. 1. В модельных опытах выявить особенности перераспределения легкорастворимых, обменных, кислотораст-воримых и валовых форм стронция в мелиорированных солонцах и сопряженных с ними зональных и лугово-зональных почвах черноземной и каштановой зон, а также характер его поступления в растения и.ч

этих почв при внесении различных доз фосфогипса.

2. Усовершенствовать методический подход к оценке опасности загрязнения стронцием в системе мелиорант - почва -• растение.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. 1. Впервые дана оценка влияния региональных особенностей мелиорированных и сопряженных почв на характер перераспределения стронция в системе мелиорант - почва - растение.

2. Впервые подробно исследовалось содержание всех форм соединений стронция (легкорастворимого,обменного,кислоторастворимо-го.прчносвяаанного) и их кальциево-стронциевое соотношение в почвах двух регионов, различающихся по своим химическим и физико-химическим свойствам.

3. Показано, что для правильной оценки опасности поступления стронция из почв в сельскохозяйственные культуры необходимо анализировать соотношение мелзду легкорастворимыми формами кальция и стронция, а не их валовыми содержаниямии в почвах, как это принято в настоящее время.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ. 1. Результаты исследования могут быть использованы при составлении рекомендации по химической мелиорации солонцов изученных регионов.

2. Методический подход к оценке опасности поступления стронция из почв в сельскохозяйственные культуры может быть использован при экологической экспертизе проектов мелиорации и мониторинге мелиорируемых и сопряженных территорий.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. 1. Использование фосфогипса в качестве мелиоранта солонцов приводит к ухудшению кальциево-строкциево-го соотношения всех изученных форм этих элементов, а особенно значительные изменения наблюдаются в случае легкорастворимых форм соединений. В результате возникает реальная опасность загрязнения сельскохозяйственных культур стронцием.

2. Изменение содержания всех форм стронция в мелиорируемых почвах зависит не столько от исходного содержания стронция в почвах, сколько от дозы внесения мелиоранта.

3.. При оценке опасности загрязнения сельскохозяйственных культур стронцием в результате использования фосфогипса в качеот-ре мелиоранта следует опираться не на определение содержания его паленой формы,а на изучение концентрации доступного (легкорастворимого и обменного) стронция и его соотношения с соответствующей

формой кальция.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы исследований докладывались на заседаниях лаборатории генезиса и мелиорации солонцов, заседании Ученого Совета Почвенного института им. В. В. Докучаева, научно-методическом координационном совете по мелиорации солонцов (РАСХН).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликована 1 статья, 1 тезисы доклада на конференции, 1 статья сдана в печать.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Диссертация содержит 129 страниц машинописного текста, включающих 10 таблиц, 19 рисунков и список литературы из 99 наименований отечественных и зарубежных авторов.

Диссертационная работа выполнена в Лаборатории генезиса и мелиорации солонцов Почвенного института им. В. В. Докучаева под руководством к. б. н. Любимовой И. Н., которой автор выражает глубокую благодарность за постоянное внимание и ценные советы.Автор также благодарит сотрудников Почвенного института Синани Т. И., Кахнович 3. Н., Грачева В. А., Мотузова В. Я. за оказанную помощь при выполнении работы. Особую благодарность автор хотел бы выразить Павлову В. А. за помощь в математической обработке материала, а тазке докт. с.-х. наук Березину Л. В., докт. с.-х. наук Еськову А. И., канд. о.- х. наук Парфенову А. И., канд. е.- х. наук Верещагину А. Н. и канд. с.-х. наук Исаеву В. А. за помощь в проведении полевых работ.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ .

ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Исследования проводили на почвах солонцовых комплексов лесостепной зоны Омской области Российской Федерации ( О. о. ), степной и сухостепной зон Целиноградской области Казахстана ( Ц. о. ), где мелиорация фосфогипсом проводилась на больших площадях. Это солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый многонатриевый корковый (0. о. ), солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый средненатриевый глубокий ( Ц. о., п. Шортанды ), солонец каштановый степной сульфат-

но-содовый средненатриевый мелкий ( Ц. о., п. Кургашьджино ). Е связи с проведением в большинстве случаев сплошной ( без учета комплексности) мелиорации были изучены также смежные с солонцаш почвы:черноземно-луговая маломощная слабогумусированна! (О.о.).лугово-черноземная среднемощная слабогумусированная ( Ц.о., п.Шортанды), каштановая маломощная ( Ц.о., п.Кургальджино). Изученные почвы отличаются друг от друга по гранулометрическом} составу, степени засоления, содержанию обменного натрия и др. Общая характеристика этих почв представлена в табл,1.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Изучалось содержание валового, легкорастворимого, обменного и кислоторастворимого стронция. Валовьп стронций определялся рентген-флуоресцентным методом, все остальные формы - атомно-адсорбционным в лаборатории химии почв Почвенного института им. В. В. Докучаева.

Для оценки содержания легкорастворимого стронция ранее широко использовалась водная вытяжка. Однако, для оценки концентрацга данных соединений стронция и перехода его в растения предпочтительно изучение соединений, растворимых в поровых рвстворах, а н< в водной вытяжке, т. к. общее содержание солей,извлекаемых водно! вытяжкой может оказаться завышенным за счет дополнительного растворения карбонатов и, особенно, гипса. Методика выделения поровых растворов очень сложна и трудоемка. Поэтому нами была использована методика выделения легкорастворимых соединений строн ция из образцов почв, увлажненных до стандартной влажности,пред ложенная Н.Б.Хитровым и А.А.Понизовским (1990) для определена основных компонентов ионно-солевого состава почв. Получении растворы,хотя и отличаются от поровых, но, благодаря степени ув лажнения, , близкой к естественным условиям, позволяют с больше надежностью оценить содержание легкорастворимого стронция и воз можность его поступления в растения.

Извлечение обменного стронция и стронция,связанного с карбо натами и гипсом, проводилось последовательно из одной навеск такле по методике Хитрова Н.Б. и Пониаовского А.А. Для выделени обменного стронция использовался метод Пфеффера в модификации Мо лодцова и Игнатовой с предварительным увлажнением образца до сте пени, при которой исследовались легкорастворимые формы.

Затем из этой же_навески после разрушения карбонатов солянс кислотой, извлекали кислоторастворимые формы стронция 1М раства

Таблица 1.

Химические и физико-химически* стойстаа поч».

"Г

Глу&ина,си

Содерж. гумуса. I

рН |Сумма |Обменные оснпания, |солеА в |ыг-экв./ЮОг

IВОДНОЙ

—1-н

¡витяжке,|Са | Мз | На | К . |

|С02,l j гипс,Z |Раэиер механических элементов,ыи |и их содер*.,1

H-1-

| <0.001

<0. ГЦ

А1А2

В2С

B3h.

A3SI

0-5/10

5/10-22

22-37

а -го го-за

| ОМСКАЯ ОБЛАСТЬ |

I I I I I I I I

Солонец черноземный лугово-степное'сульфатно-содовый ыногонатраеэый корковый.(разрез 0U-3)

8.13

I I I I I I I I

7,74 j0,034 ¡1,53 | 2,20 | S.77 |0, 15 | | | 15.6

9.50 ¡0,347 ¡1,54 j 3.75 ¡19.95 ¡0,31 j | j 22.8

9,88 ¡0,518 ¡1.05 j 4.23 ¡22.79 ¡0,46 j 5,89 ¡0,2389 j 22.3

I I I I I I I I

I ! I I I I | I

Чернозеыно-луговая маломочная слабогумусироваиная почва, (разрез 0U-4)

3.60 1.44

I I I I I I

а. 76 [О, 067 |б. 35 | 13. 44 | 0.17 |0, 46 |

9.18 ¡0.068 ¡2.40 j 16.91 j 0.26 ¡0.38 j

I I I I I I

I ЦЕЛГИОГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ | |

1 I I

I I I I I. I

Солон

I 18,0

j 44,6

40.3

57.4 56,3

31.0 67.0

Al 0/5-6/12

ец черн 4, 43

озе;щий лугово-степной сульфатно-содовый средненатриевий глубокий, (разрез

I I

1 )

I I I I I I

7.30 |0,028 |9,51 |Э, 79 |0,48 |l, 05 |

17,65

37,95

--- 1 1 2 -1--------Г .......1 ■— 1 1 1 "I-1.......1 1 1 ' 1 ' " 3 | 4 | 5 | 6 | 7 I e i 9 | 10 | 11 II 1 1 1 1 I i i ....... 4 1 12 | i i 13 i

B2t 20/22-37/46 .11 1 1 1 1 1 1 |6,90 |0,083 |12,65 110.16 |1.11 |0,46 | | 1 1 | 27,53 | 45.89 j

ВЗ 37/46-55/69 ¡9.42 ¡0,107 ¡10.19 ¡7.11 ¡2.60 ¡0.31 ¡11,52 ¡0. 1698 II 1 1 1 1 1 1 ¡4,52 ¡ 1 1 12.49 ¡

Лугово -черноземная среднеыощная слабогукусированная почва, (разрез И-2 ) 1 1 1 1 ¡

Al 0-a/43 II 1 1 1 1 '1 1 3,19 ¡7,16 ¡0.027 |li,49 |3,58 |0.35 |l. «1 | | II 1 1 1 1 1 1 1 1 1 14,85 | 1 1 32, 67 ■ |

II 1 1 1 1 1 1 Каштановая иаломоцная почва, (разрез В-3 ) | | | 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Л1 + В2 0-18/23 II 1 1 1 1 1 1 1,90 ¡7,56 |0,015 |8.80 |3, И' |0.28 |0,18 | | 1 1 | 7,56 | 28,83 |

ЕЗ 26/32-27/43 ¡8.62 ¡0,015 ¡9,37 ¡3.06 ¡0,28 ¡0.38 ¡ 12.11 ¡0.3364 II lililí 1 18,57 | 26.89 j

II 1 1 1 1 1 1 Солонец.каштановый степной сульфатно-соловый средненатрпеаый мелкий. 1 ' 1 (разрез 0-4) | 1

Alel 0-6/8 I I 1 1 1 1 1 1 1,80 ¡7,42 |0,012 |5,50 | 3,81 |0,48 |0.49 | 1 1 1 1 14,63 | 36.15 |

Б/8-14/10 ¡6,56 ¡0,017 |в,86 | 8,75 ¡2,39 ¡0,31 ¡ ¡ 1 16.84 | 33,08- 1

B2t 14/18-29/33 ¡9.20 ¡0,077 ¡8.48 ¡10.72 ¡4.12 ¡0.31 ¡ I j 38.61 ¡ 54,80 ¡

ВЗ 29/33-36/64 1 ¡9,44 ¡0,152 ¡8,37 ¡ S. 10 ¡3.58 ¡0,31 j 7,63 ¡0,1822 II 1 l 1 1 1 ' 1 III I I 1 1 I _1_1_1_1-1-1-1 i 1- I SO. 25 j 1 1 1 1 i t 50.92 ¡ t

ром КаС1 (рН-2). Преимущество данного метода определения содержали кислоторастворимых соединений в том, что исключаются ошибки, звязанные с наличием стронция и кальция в растворе и почвенном гоглощающем комплексе.

Для изучения «акопления стронция в почвах при их мелиорации 1осфогипсом в лабораторных условиях проводились модельные опыты зо охеме:

Контроль.

Одинарная доза фосфогипса

Двукратная доза фосфогипса

Десятикратная доза фосфогипса.

Повторность опытов четырехкратная. Дозу внесения фосфогипса рассчитывали по содержанию обменного натрия в солонцовом горизонте за минусом 10Х.

Для модельных опытов использовались насыпные образцы из горизонтов, которые могут захватываться при мелиоративных вспашках. Эни смешивались в процентном соотношении, соответствующем вероят-*ости попадания их в мелиорируемый слой. После внесения мелиоранта почва в сосудах увлажнялась и компостировалась для имитации дарования мелиорированных почв. Затем почва промывалась дистиллированной водой в количествах, соответствующих выпадающим осен-ае-весенним осадкам. После высыхания до воздушно-сухого состояния гта сосудов отбирались навески для определения содержания различ-шх форм стронция и кальция.

Для изучения опасности загрязнения сельскохозяйственных растений нами были проведены опыты о проростками ячменя. Эксперимент доводился на образцах после проведения модельных опытов. Вес гачвы в каждом сосуде - 1 кг. Растения выращивались в течение 21 цня. После озоления в проростках определялось содержание стронция я кальция атомно-адсорбционным методом.

Так как при изучении поведения стронция в системе почва -растение - человек большое значение имеет не абсолютная концентрация стронция, а соотношение его содержания с количеством кальция, это соотношение рассчитывалось для всех выделенных форм.

Все результаты исследований были обработаны методами математической статистики,построены дендрограммы, проведен анализ с ис-тользованием метода главных компонент.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ СОЕДИНЕНИЙ СТРОНЦИЯ Б ЦЕЛИННЫХ ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ ЦЕЛИНОГРАДСКОЙ И ОМСКОЙ ОБЛАСТЕЙ .

Валовое содержание стронция в исследованных немелиорирован-ных почвах Целиноградской и Омской областей колеблется от 96 дс 556 мг/кг, что не превышает по;ora безвредного содержания этогс элемента в почве. Концентрация валового стронция в почвах дву> изученных регионов различна. В почвах Целиноградской области онг не превышает каарк стронция в почвах,который по данным А.П.Виноградова (1957) составляет 350 мг/ кг. Почвы Омской области боле< богаты стронцием. Содержание в них валового стронция (203 - Б5( мг кг) можно считать довольно высоким. Это связано с особенностями почвообразующих пород и, особенно, грунтовых вод данной территории. При оценке существенности разности между средними значениями содержания валового стронция по t-критерига можно видеть, чт< средние по выборкам почв Целиноградской области и Омской облает) существенно различаются на 95Z уровне значимости. Также существенно различаются средние для совокупностей почв черноземной зош Целиноградской области и почв черноземной зоны Омской области Для почв разных зон (черноземной и каштановой) Целиноградской области различия между средними несущественны. '

Распределение валового отронция по профилю изученных поч: неравномерно. Максимальных значений его содержание достигает ] иллювиально-карбонатных горизонтах и карбонатной почвообразующе! породе. Его содержание в этих горизонтах зависит как от исходно: концентрации в почвообразующих породах и грунтовых водах, так i от выноса этого элемента из вышележащих слоев и концентрировани его в карбонатных горизонтах вместе с карбонатом кальция. Содер жание валового стронция минимально в иллювиальных и солонцовы горизонтах. В гумусовых горизонтах отмечается некоторое накопле ние стронция, что связано с.его биогенной аккумуляцией, когоро способствует слабый промывной режим и активная аккумуляция строн

ция степными растениями. Кроме того, в нейтральной среде миграционная способность гумусовых соединений низка.

По кальциево - стронциевому отношению валовых форм профиль всех изученных почв четко дифференцирован на 2 части: верхнюю малокарбонатную с сслнсшением Са менее 90 и нижнюю - карбонатную с соотношением более 150. Таким образом, кальциево - стронциевое соотношение в верхних корнеобитаемых слоях изученных почв значительно ниже среднего соотношения, характерного для Курских черноземов (200), в районе распространения которых достоверно отсутствуют аномалии развития, обусловленные стронцием. (Ковальский и др., 1973 ). В почвах сухостепной зоны Казахстана кальцие-во-сгронциевое соотношение в верхней части профиля достигает значений, которые наблюдались Ковальским в провинциях, где распространена Уровская болезнь. При сравнении данного соотношения в исследованных почвах можно отметить, что наименее благоприятно оно в солонцах, (табл.2 )

Таблица 2.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ СТРОНЦИЯ В ЦЕЛИННЫХ ПОЧВАХ (мг/кг). (среднее.из 3-х определений)

-1-1-1-1-1-1-1

зонт | I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-----i

| | Sr|Ca/Sr| Sr|Ca/Sr| Sr|Ca/Sr| Sr|Ca/Sr| Sr |Ca/Sr|

II 2 | 3| 4 | Б| 6 |= 7| 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |

_I_I_1_I I_I '_' I_I_I_I

ОМСКАЯ ОБЛАСТЬ

Солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый многонатриевый корковый, (разрез ОМ-3)

А1А2 |0-5/10 221 52 0,50 90 12,5 26 81,0 24 109,0 76 В2Ь 15/10-22 215 42 0,39 42 13,0 27 87,5 27 114,1 60 ВЗЬ, |22-37 228 55 1,01 49 10,0 16 118,5 41 85,5 82

-1-1-1-1-1-1-1-1-1-Г~-Г-!

1 | 2 | 3| 4 | 5| 6 | 7| 8 | 9 | 10 | 11| 12|

_I_1_I_I_I__I_I_■ ' • '_I_I

Черноземно-луговая маломощная слабогумусированная почва, (разрез ОМ-4)

А1 |0 -20 390 91 0,96 92 18,5 94'310,0 48 45,5 354

АЗВ1 |20-38 511 86 0,98 111 25,0 20 446,0 47 34,0 650

ЦЕЛИНОГРАДСКАЯ ОБЛАСТЬ

Солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый средненатриевый глубокий, (разрев Ш-1 )

А1 10/5-6/12 176 49 0,57 48 22,4 69 57,2 27 87,8 59

В2Ь 120/22-37/46 170 41 0,75 63 63,4 32 45,6 18 60,2 71

ВЗ 137/46-55/69 294 228 1,72 55 55,4 30 116,5 247 120,4 127

Лугово-черноземная среднемощная слабогумусированная почва, (разрез Ш-2 )

/г1 |0-8/43 201 90 0,65 134 25,2' 88 53,0 43 122,1 107

Каштановая маломощная почва, (разрез Ш-3 )

А1+В210-18/28 194 38 0,91 30 30,2 51 31,2 129 127,7 15

82 18/28-26/32 211 70 0,87 46 35,2 80 15,1 128 159,8 63

ИЗ 126/32-27/43 367 224 1,59 67 29,4 49 194,5 233 96,5 262

Солонец каштановый степной сульфатно-содовый средненатриевый мелкий, (разрез Ш-4)

А1<;1

В21 ВЗ

10-6/8 209

16/8-14/18 203 114/18-29/33 190 I29/33-36/64 274

31 0, ,49 17

30 0, ,35 14

56 0, ,57 18

221 0, ,88 19

12,9 77 14,6

16,1 59 20,0

30.4 49 31,9

22.5 49 157,9

49 179,0 27

42 66,6 28

101 127,1 49

198 72,0 337

Как показывают результаты исследования, представленные в таблице 2, количество стронция, переходящего в почвенный раствор, невелико. Оно колеблется от 0,06 до 0,9% от его валового содержания. Причем, относительное количество его в Омских почвах ниже, чем в почвах Целиноградской области. По-видимому, это связано с более прочной сорбцией стронция этими почвами в связи с их более тяжелым гранулометрическим составом, а также более высоким рН. Нами не было обнаружено четкой взаимосвязи между содержанием валовых и легкорастворимых форм соединений стронция. Это говорит о том , что концентрация легкорастворимых форм стронция определяется не только его валовым содержанием, но и свойствами самих почв. Корреляционный анализ выявил, что концентрация легкорастворимого стронция имеет прямую зависимость от содержания легкорастворимого кальция ( г -0,99), Mgr ( г-0,99), БОд-иона в водной вытяжке ( г-0,J9).

Кальциево-стронциевое соотношение легкорастворимых форм стронция более благоприятно в почвах Омской области. ■ В верхних корнеобитаемых горизонтах этих почв соотношение не вызывает опасения. В почвах Целиноградской области значения соотношения лег-корастворимьг' форм кальция и стронция по всему профилю опускаются ниже благоприятных и существует потенциальная опасность снижения качества кормов, выращенных на этих почвах.

Относительное содержание обменных форм стронция (4,5 - 37 % от валового) на ? порядка выше его количества в почвенном растворе и несколько меньше концентрации кислоторастворимых соединений этого элемента и составляет менее 1 % от суммы обменных катионов.

Наименьшим относительным содержанием обменного стронция отличаются почвы Омской области, так как из-за высокого содержания ионов СО и S0 в водной вытяжке этих почв большая часть стронция ( 40 - 88 Z ) осаждается с карбонатом Са и гипсом. Причем, среди этих почв наименьшая концентрация обменного стронция наблюдается в черноземно-луговой почве, что можно связать с различным составом обменных катионов. .В ППК солонца лугово-черноземного сульфатно-содового преобладает натрий, а черноземно-луговой почвы - магний, обладающий большей, чем натрий, способностью вытеснять стронций с адсорбционных мест. ( Прохоров, Фрид, Рыжинский, 1968

). Наибольшая концентрация (как абсолютная, так и относительней ) обменных форм стронция достигается в солонцовых горизонтах солонцов Целиноградской области. Это связано с высоким содержанием здесь коллоидов, а также с минералогическим составом этих почв, ( преобладанием минералов групп монтморрилонита, которые обладают большей емкостью поглощения и межслоевым поглощение),: катионов ). ( Окорков, 1990 ).

Проведенные исследования показали,что от 60 до 95% валового стронция в почвах находится в прочносвязанном состоянии. Большая часть прочносвязанного стронция растворяется в солянокислой вытяжке. Кислоторастворимый стронций представлен карбонатом и сульфатом. Особенно большая концентрация данных форм стронция наблюдается в карбонатных горизонтах.

ПОВЕДЕНИЕ СТРОНЦИЯ В МЕЛИОРИРУЕМЫХ ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ.

Для изучения возможности загрязнения почв стронцием при мелиорации нами были поставлены модельные опыты с внесением различных доз фосфогипса. Для данных опытов использовались крупные насыпные образцы, имитирующие состав мелиоративного слоя, в которых навески из горизонтов, захватывающихся при глубине вспашки 40 см, смешивались в процентном соотношении,-соответствующем вероятности попадания их в пахотный горизонт ( табл. 3 ). В связи с этим содержание всех форм стронция и его соотношения с кальцием в модельных образцах отличаются от того, что наблюдалось в верхних горизонтах целинных почв. При изучении влияния внесения мелиоранта необходимо учитывать, что поскольку дозы внесения мелиоранта для солонцов разных регионов неодинаковы, то и количества поступающего в почву стронция также различны. При мелиорации Омски) солонцов с большим содержанием обменного натрия в ППК при дозе 4С т/ га в почву с фосфогипсом поступает количество стронция близко« к природному валовому содержанию ( 262,7 мг/ кг). Что касаетсз почв Целиноградской области с меньшим содержанием натрия в 1ШК; то здесь при дозе 6-8 т/га с мелиорантом вносится стронция (3" - 54 мг/кг) в 4 раза меньше его валового природного содержания, Поэтому и влияние внесения фосфогипса на изменение содерлани;

различных форм стронция в почвах Омской области проявляется гораздо ярче.

Таблица 3

Состав модельных образцов.

Горизонт "1 .........- 1 ■ - -................ 1 | Процентное содержание горизонта в|

| составе образца, X | 1 1

1. 1 1 1 2 | 1 ............. ....1

Омская область.

Солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый многонатриевый корковый ( разрез ОМ-З.)

А1А2

вгь

ВЗЬ. са

20 35 45

Черноземно-луговая маломощная слабогумусированная почва ( разрез 0М-4.)

А1

АЗВ1

50 50

Целиноградская область.

Солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый средненатриевый глубокий. С разрез Ш-1.)

А1 В2ь

50 50

Лугово-черноземная среднемошдая слабогумусированная почва. ( разрез Ш-2.)

А1

100

Каштановая маломощная почва. ( разрез Ш-3.)

(А1+В2)р 68

В2 15

ВЗса 15

ВЗса2 12

Солонец каштановый степной сульфатно - содовый средненатриевый мелкий ( разрез Ш-4.)

А1 17,5

А1А2+В2^-: 25

В2Ь"ЗП 35

ВЗса 22,5

При внесении мелиоранта больше всего увеличивается содержание в почвах легкорастворимых соединении стронция. В почвах Целиноградской области концентрация данных форм увеличивается в среднем в 10 раз при внесении одинарной дозы, в почвах Омской области - в 20 раз ( табл.4 ).

Таблица 4.

СОДЕРЖАНИЕ РАЗЛИЧНЫХ ФОРМ СТРОНЦИЯ В МЕЛИОРИРОВАННЫХ ПОЧВАХ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ И В ПРОРОСТКАХ,ВЫРАЩЕННЫХ НА НИХ. . (среднее ив 3 определений) (мг/кг)

-1-1-1-1-1--1

|фосфогипса,| Sr | т/га |

|Са |Sr |Са |Sr IST I |Sr I '

I Ca |Sr I Sr |

Ca Sr

I 3 |4|5 |6| 7 | 8 |

-1-1-1-i-1-1-H—I-1—

| |ОМСКАЯ ОБЛАСТЬ lili

I I I I I I II I

Солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый многонатриевый корковый, (разрез ОМ-3) I I I I I I II I

Контроль | - I 0,8 | 49|12,4|28 |108,0|29 | 35,2| 56

Одинарная | 40,2 . | 16,0 | 21|20,3|26 |388,0|13 |215,5| 38 Двойная | 80,4 . 1117,3 | 18|26,4|21 |544,0|13 |278,7| 37

I I I I I I I I I

Черноземно-луговая маломощная слабогумусированная почва, (разрез ОМ-4)

I I I I I I I I I

Контроль | - , |. 0,9 | 68Ц6,0| 60|376,0|32 | 71,5| 41

Одинарная | 40.2 | 18,6 | 41|20,0| 59|733,0|18 |189,5| 46

Двойная | 80,4 |157,2 | 21|Б4,0| 55|963,0|16 |149,5| 58

I I I I I I I I I

I I I I I I I I

I I I I

I I

1-1 I

1 i lili i 2 |3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 3 i i i i i I Г 1 1 9 i Ю 1 I

1 1 1 1 1 1 1 1 ЦЕЛИНОГРАДСКАЛ ОБЛАСТЬ| ' | i I I I 1 1 1 1 1 i 1 1 1 I

Солонец черноземный лугово-степной сульфатно-содовый

средненатриевый глубокий, (разрез UM) i i i i I i 1

Контроль I i i i i 1 | 0,4 |100|21,0| 65| 73,0|42 1 1 1 1 1 1 i 1 58,7 I 80

Одинарная 1 1 1 1 1 1 5,7 | 5,0 | 42|ТО,1|102|110,0|37 1 1141,2 65

Двойная 11,4 | 7,3 | 37|20,9|122|126,0|28 1155,5 76

Десятикр. 114,0 | 25,8 | 25130,3|101|558,0|20 1 1 1 1 1 1 1252,7 1 38

1 ¡ 1 1 1 1 Лугово-черноземная среднемощная 1

слабогумусированная почва, (разрез Ш-2) i i i i i i 1

Контроль I II III | 0,8 |110|25,5|102| 57,0|88 1 1 73,2 108

Одинарная 5,7 | 8,0 | 45130,0| 87|100,0|52 | 98,0 88

Двойная 11,4 | 12,9 | 38|38,0| 67|126,0|53 1115,0 78

Десятикр. 114,0- | 45,3 | 27|44,0| 84|344,0|35 i it ti i ¡201,0 64

i i i i i it Каштановая маломощная почва.(разрез Ш-3) i iiii ti

Контроль i iiii i I 0,9 | 62|31,7|52 | 73,0|55 i 1 66,7 132

Одинарная 8,3 | 8,7 | 29|35,1150 |113,0|40 1 81,5 119

Двойная 16,6 | 13,9 | 21|40,0(64 |147,0|32 i 11 i ! i 1152,2 106

i i i i i II Солонец каштановый степной сульфатно-содовый

средненатриевый мелкий, (разрез Ш-4) i i i i i i 1

Контроль 1 i 1 1 I 1 | 0,4 | 18| 12.3Ц001 83,0|48 1 1 51,5 111

Одинарная 8,3 | 4,3 | 11|14,0|114|138,0|33 1105,0 67

Двойная 16,6 | 7,3 | 9(21,0| 921225,0127 1 1 1 1 Г 1 i i i i i i i 1174,0 1 i .. ,..J 68

При внесении фосфогипса в почвенном растворе увеличивается и содержание соединений кальция, однако, относительно меньше, чем аналогичных форм стронция. Поэтому благоприятное кальциево-строн-циевое соотношение для почвенного раствора (100 - 110), наблюдавшееся в почвах черноземной зоны Целиноградской области, при внесении мелиоранта снижается до неблагоприятных значений (37 - 45).. В почвах каштановой зоны Целиноградской области и черноземной зоны Омской области соотношение легкорастворимых форм кальция и стронция даже в контрольных немелиорированных почвах ниже благоприятных значений. Особенно низкое оно в солонце каштановом степном (18). При внесении фосфогипса в эти почвы кальциево-стронцие-вое соотношение данных форм падает еще ниже. .

Увеличение концентрации обменного стронция при мелиорации незначительно. Максимальное изменение содержания обменных форм наблюдалось в солонце черноземном Омской области ( в 1,6 раза при внесении одинарной дозы), что связано с высокой дозой внесения мелиоранта, а также тяжелым гранулометрическим составом солонцов Омской области и составом поглощенных катионов, в котором преобладает натрий. Стронций, имеющий большую валентность, чем натрий, а, следовательно, и большую энергию поглощения, легко вытесняет натрий из ППК солонцов Омской области. Кальциево-стронциевое соотношение обменных форм в солонцах Целиноградской области при ме-.лиорации становится более благоприятным. В остальных изученных почвах оно при мелиорации снижается.

Содержание кислоторастворимых соединений стронция при мелиорации также изменяется. При внесении 1-2 доз.фосфогипса концентрация кислоторастворимых соединений стронция в почвах Целиноградской области увеличивается в 1,5 - 3 раза, а в почвах Омской области в 2 -. 4 раза. При этом, наибольшее накопление данных соединений наблюдается в солонце черноземном лугово-степном в Омской области. Это объясняется тем, что в фосфогипсе стронций в основном представлен кислоторастворимыми формами, а в эту почву вносится в 3,7 .- 5,4 раза больше мелиоранта, чем в солонцы Целиноградской области. Соотношение кислоторастворимых форм стронция и кальция в изученных немелиорированных почвах близко к неблагоприятному. При внесении фосфогипса во всех почвах происходит снижение кальциево-стронциевого соотношения данных форм. Наиболее неблагоприятным оно становится в почвах Омской области (13 - 1*?).

Причем, наибольшее его уменьшение происходит при внесении однократной дозы. При последующем удвоении количества мелиоранта соотношение Са/Зг изменяется значительно меньше.

ВЛИЯНИЕ ВНЕСЕНИЯ ШЗФОГИПСА В ПОЧВЫ СОЛОНЦОВЫХ КОМПЛЕКСОВ НА ПОСТУПЛЕНИЕ СТРОНЦИЯ В РАСТЕНИЯ.

Для изучения опасности загрязнения стронцием сельскохозяйственных растений при мелиорации почв фосфогипсом нами были проведены опыты с проростками злаковой культуры - ячменя, который обладает меньшей способностью накапливать стронций, чем бобовые, маревые, крестоцветные культуры и, таким образом, является более пригодным для выращивания в условиях опасности загрязнения этим элементом. Проростки выращивались на контрольных ( без внесения мелиоранта ) образцах почв солонцовых комплексов, а также на тех же образцах почв, мелиорированных различными дозами фосфогипса.

В проанализированных нами проростках, выращенных на почвах контрольных вариантов, содержится от 28,Б до 73,3 мг стронция на кг сухого вещества. ( табл. 4 )

При этом, проростки, выращенные на почвах Целиноградской области содержат, . ь среднем, в 1,4 раза больше стронция, чем на почвах Омской области, несмотря на то, что почвы Целиноградской области беднее этим элементом. Это может быть связано с различной доступностью стронция растениям в этих дсух регионах. Как уже указывалось ранее, в почвах Целиноградской области процент доступных растениям форм стронция (в среднем 16 X ) значительно выше, чем в Омской области ( б,Б % ), что связано с различием свойств данных почв. Эта закономерность подтверждается и при изучении корреляционных полей зависимости содержания стронция в проростках от его валовой концентрации в почвах и от содержания доступных растениям форм этого элемента. Наблюдается прямая зависимость между содержанием стронция в проростках и концентрацией его легкорастворимых и обменных форм, в то время как выраженной связи с валовым содержанием стронция не наблюдается. Это позволяет сделать вывод, что концентрация стронция в растениях зависит не от его общего содержания в почве, а от степени его подвижности и

доступности растениям.

Средние значения соотношения Са/Бг в проростках, выращенных на солонцах и зональных почвах как Целиноградской, так и Омской областей, ниже благоприятных. При этом, данное соотношение минимально в проростках, полученных на почвах Омской области, где оно опускается до значений, наблюдавшихся в стронциевых геохимических провинциях, где распространен стронциевый рахит ( Ковальский, 1976: Ковальсгага и др., 1978 ). При мелиорации почв фосфогипсом концентрация стронция в проростках, выращенных на них, увеличивается. При добавлении одинарной дозы мелиоранта - в 1,2 - 7,5 раза. Причем, влияние внесения мелиоранта на содержание этого элемента не одинаково при выращивании проростков на почвах с различными свойствами. В изученных нами образцах накопление стронция при мелиорации максимально' в проростках, полученных на почвах Омской области. Это, вероятно, объясняется более высокой дозой мелиоранта. Особенно велико влияние вносимого мелиоранта на содержание стронция в проростках, выращенных на солонце черноземном лугово-степном сульфатно-содовом ( Омская область ). В первую очередь это объясняется низким содержанием обменного кальция в данной почве, а также ее тяжелым гранулометрическим составом. Нами была отмечена следующая закономерность: проростки, выращенные на солонцах, при, внесении равной дозы накапливают в среднем в 2 раза больше стронция, чем на смежных зональных и лугово-зональных почвах.

При выращивании проростков на почвах, мелиорированных различными дозами фосфогипса, выявляется следующая тенденция: при увеличении дозы мелиоранта степень накопления стронция в проростках снижается. Это обусловлено увеличением содержания соединений кальция, которые уже не используются на вытеснение обменного натрия и могут поддерживать свое присутствие в почвенном растворе на постоянном уровне. Кроме того, эхо может быть связано о наличием у растений специфических физиолого-биохимических механизмов, ограничивающих. поступление в них избыточных количеств химических элементов (в том числе стронуия ) при максимальных концентрациях в питающей среде, так называемых антиконцентрационных физиоло-го-биохимических барьеров поглощения.

При мелиорации почв фосфогипсом кальциево-стронциевое соотношение в проростках,выращенных на них, уменьшается. При этом, в

растениях на солонцах Целиноградской области после внесения даже одинарной дозы мелиоранта данное соотношение становится ниже значений для полноценных кормов ( 65 - 67 ). В проростках на солонце черноземном лугово-степном Омской области соотношение СагЭг даже до проведения мелиорации дс зтигяет значений; характерных для Уровских провинций. При мелиорации оно становится еще менее благоприятным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Одной из важнейших задач, стоящих в настоящее время перед почвоведением, является научное обеспечение охраны почв, как для сохранения их разнообразия в биосфере, так и для поддержания их плодородия. В рамках этой проблемы вопросы загрязнения почв при внесении пестицидов, удобрений, мелиорантов приобрели еще большее значение. Именно поэтому изучение проблемы поведения отдельных элементов - токсикантов в цепочке мелиорант - почва - растение весьма актуально. В этом ряду изучение поведения стабильного стронция требует особого подхода в связи о тем,, что на развитии растений наличие повышенных количеств этого элемента непосредственно не сказывается, тогда как нарушение соотношения между стронцием и кальцием в кормах и сельскохозяйственной продукции может весьма негативно повлиять на здоровье животных и человека. Некоторыми авторами утверждалось,что мелиорация солонцовых почв кальшгасодержащими мелиорантами, и в частности фосфогипсом, должна сводить на нет опасность сдвига кальций-стронциевого соотношения в почвах и сельскохозяйственной продукции, так как с мелиорантом вносится большое количество кальция и его преобладание над стронцием не вызывает сомнений. В то же время полученные нами результаты свидетельствуют об обратном. При внесении мелиоранта соотношение даже между валовыми кальцием и стронцием уменьшается. Аналогичная картина зафиксирована нами по соотношении между этими элементами в почвенном растворе и в растениях, выращенных на мелиорированных почвах.В обобщенном виде изменение соотношений мэж-ду стронцием и кальцием в системе мелиорант - ■ почва - растение можно представить в следующем виде:

мелиорант (валовые)

почва (валовые)

почва+ме-лиорант (одинарная доза) ¿валовые)

почвенный раствор (одинарная доза)

растения ( валовые) (од::нарная доза)

Са/5г=1б,5

Са/3г=81 Са/Бг^бв

Са/Бг«=31,5 (в контроль ных почвах Са/Бг=86)

Са/Бг=55 (в контрольных растениях Са/5г=88)

I-

1280800 | мг/кг I

Ц7000 | МГ/КГ

I 1

24992 мг/кг

430 мг/кг

I-1

I 385 | | мг/кг I

I_I

16 мг/кг

8513 мг/кг

1155 мг/кг

Вынос стронция из мелиорируемых почв за счет горизонтального поверхностного стока не велик, так как скорость перемещения воды превосходит скорость растворения мелиоранта, о чем свидетельствует незначительное содержание стронция в фильтрате, полученном при промывании почв в модельных опытах.

Таким образом, можно заключить, что внесение фосфогипса в почвы солонцовых комплексов будет приводить к уменьшению соотношения между кальцием и стронцием в почвах и, особенно, значительно, в почвенных растворах, и способствовать увеличению содержания стронция в сельскохозяйственных культурах. При этом, чем больше будет количество вносимого фосфогипса, тем ниже будет соотношение Са/Зг в почве. В связи с этим встает- Еопрос об обязательной :>ко-

логической экспертизе проектов по химической мелиорации солонцов фосфогипсом и выборочном мониторинге уже мелиорированных солонцовых территорий.

ВЫВОДЫ.

1. Концентрация валового стронция в целинных почвах двух изученных регионов различна. В почвах Целиноградской области его содержание (96-366) почти не превышает кларк стронция в почве (350 мг/кг). А в почвах Омской области концентрация валового стронция довольно высока (203-556 мг/кг). Это связано с особенностями почвообразующих пород и, особенно, грунтовых вод данной территории.

2. Кальциево-стронциевое соотношение в почвах каштановой вони Целиноградской области достигает значений для почв, где распространена Уровская болезнь. Во всех почвах Целиноградской области Казахстана соотчошение легкорастворимых форм кальция и стронция опускается ниже благоприятных и существует потенциальная опасность снижения качества кормов.

3. Использование фосфогипса в качестве мелиоранта солонцов приводит к ухудшеьию кальциево-стронциевого соотношения всех изученных форм этих элементов.' Особенно значительные изменения наблюдается в случае легкодоступных форм соединений. В результате возникает реальная опасность загрязнения, сельскохозяйственных культур стронцием.

4. Изменение содержания всех форм стронция в мелиорируемых почвах зависит не столько от его исходного содержания, сколько от дозы внесения мелиоранта.

5. При мелиорации почв солонцовых комплексов фосфогипсом содержание стронция в проростках, выращенных на них, увеличивается, а кальциево-стронциевое соотношение - уменьшается. Наибольшую опасность представляет мелиорация многонатриевых солонцов, где велики дозы внесения фосфогипса, а, следовательно, и стронция. Проростки, полученные на солонцах, при внесении равной дозы накапливают, в среднем, в 2 раза больше стронция, чем на смежных почвах, а кальциево-стронциевое соотношение достигает в них зна-

чений, когда корма становятся неполноценными. Последующее увеличение дозы внесения мелиоранта приводит уже к незначительному повышению концентрации стронция в проростках.

6. При оценке опасности загрязнения сельскохозяйственных культур стронцием следует опираться не на определение его валового содержания, а на изученйё концентрации доступного растениям (легкорастворимого и обменного) стронция и его соотношения с соответствующими формами кальция.

7. Для экологически обоснованного использования фосфсгипса в качестве мелиоранта необходимо предварительное обследование почв на содержание в них легкодоступных форм соединении стронция и определение для них природного соотношения между стронцием и кальцием.

Основные положения исследований опубликованы в работах:

1. Вавилова Е. В. О возможности загрязнения почв и сельскохозяйственных растений при мелиорации солонцов фосфогипсом.// Тез. докл. школы - семинара молодых ученых факультета почвоведения МГУ "Современные проблемы почвоведения и экологии", май 1993 г. - Москва, 1993- - с. 19.

2. Вавилова Е. В., Любимова И. Н., Синани Т. И. Изменение содержания различных форм соединений стронция в солонцах при мелиорации.// Почвы засушливой зоны и их изменение под влиянием мелиорации. Научн. тр. Почв, ин-та им. В. В. Докучаева. - Москва, 1994. - С. 153 -157.

3. Вавилова Е. В., Любимова И. Н. Стронций в мелиорируемых фосфогипсом почвах солонцовых комплексов и его поступление в растения. В печати..

Информация о работе

Вавилова, Елена Васильевна
кандидата сельскохозяйственных наук
Москва, 1997
ВАК 03.00.27

Автореферат

Похожие работы