Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение

Дьяконова, Ольга Владимировна

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение"

Дьяконова Ольга Владимировна

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И МИНЕРАЛЬНЫЕ ФОРМЫ АЗОТА В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

06.01.04 - Агрохимия и 03.00.16 - Экология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Барнаул 2005

Работа выполнена на кафедре почвоведения и агрохимии Алтайского государственного аграрного университета

Научные руководители: доктор с.-х. наук, профессор Бурлакова ЛидияМакаровна кандидат с.-х. наук, доцент Завалишин Сергей Иванович

Официальные оппоненты: доктор с.-х. наук, профессор Спицина Светлана Федоровна кандидат с.-х. наук, Пузанов Александр Васильевич

Ведущая организация: Алтайский филиал ФГУП НИИ ССВ «Прогресс»

Защита состоится 22 июня 2005 г. в_часов на заседании

диссертационного совета Д. 220. 002. 01 в Алтайском государственном аграрном университете по адресу: 656049, г. Барнаул, пр-т Красноармейский, 98

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Алтайского государственного аграрного университета

Автореферат разослан «_» мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совет Доктор биологических наук, профессор

В .А. Рассыпнов

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Техногенное воздействие ведет к перераспределению химических элементов в масштабе всей планеты. Как следствие, в крупных промышленных центрах происходит локализация многих тяжелых металлов. По прогнозу А.И. Обухова и А.А. Поповой (1992), в нашей стране через 20 лет произойдет значимое увеличение содержания кадмия в почве. В 2005 году мы стоим «на пороге» этого увеличения.

В Алтайском крае особенно неблагоприятная обстановка по кадмию складывается в Рубцовском районе, где по данным Г.Г.Морковкина (2002) содержание кадмия в 2,45 раза больше медианного фонового значения.

Находясь в биологическом круговороте, попадая в системы почва-растение, почва-растение-человек, почва-растение-животное-человек, тяжелые металлы влияют на качество сельскохозяйственных растений, что отражается напрямую или опосредованно на здоровье людей.

Также потенциально опасными для здоровья человека являются высокие содержания нитратного азота в растениях. Поступление нитратов вызывает у человека (особенно у детей) метгемоглобинемию. Под влиянием микрофлоры и тканевых ферментов нитраты могут восстанавливаться до нитритов, обладающих высокой канцерогенностыо (Кузина и др., 1985).

С другой стороны, многие тяжелые металлы являются микроэлементами, жизненно важными для нормального развития растений и почвенных микроорганизмов. А нитратный азот преобладает в азотном питании растений в условиях Западной Сибири (Кочергин,1965; Кондратьева, 1978; Гамзиков, 1984; Бурлакова, 1984) и без него невозможно пол>чение высокого урожая.

Для предотвращения негативного воздействия токсикантов, необходимо изучение особенностей биологического накопления тяжелых металлов и нитратного азота различными сельскохозяйственными культурами, выяснения характера их накопления в растениях. Представляет интерес изучение нитрификационной способности почв в присутствии тяжелых металлов - как неизбежных «спутников» техногенеза.

Цель исследований: Установить влияние различных уровней загрязнения почв тяжелыми металлами и минеральных форм азота на накопление их в клубнях картофеля и овощах.

Задачи исследований:

1. Изучить степень загрязнения тяжелыми металлами почв исследованного района.

2. Определить степень загрязнения изучаемых сельскохозяйственных культур тяжелыми металлами.

3. Определить обеспеченность почв подворий Рубцовского района подвижными формами азота

4. Изучить влияние тяжелых металлов на процессы аммонификации и нитрификации в различных почвах.

5. Выявить особенности аккумуляции тяжелых металлов и накопления минеральною азота изучаемыми сельскохозяйственными культурами.

6 Установить характер проявления связи между содержанием в почвах и азота нитратов в почве, и их накоплением в растениях

7. Выявить характер проявлений связи между помещенными растениями токсичными тяжелыми и микроэлементами

Научная новизна:

Изучены особенности аккумуляции тяжелых металлов в клубнях картофеля, в корнеплодах моркови, а также в кожуре изученных сельскохозяйственных культур.

Выявлены стимулирующее влияние содержания в почве хрома на накопление аммонийного азота и его ингибирующее действие на образование нитратов.

Установлено различное накопление тяжелых металлов и минеральных форм азота в клубнях картофеля и корнеплодах моркови.

Показаны возможные синергические и антагонистические связи в зависимости от содержания в растениях тяжелых металлов и нетоксичных микроэлементов. Так, с увеличением в клубнях картофеля содержания цинка, уменьшается содержание кадмия.

Защищаемые положения. 1. Загрязнение почв тяжелыми металлами ведет к накоплению их в сельскохозяйственных культурах, снижая качество клубней картофеля и корнеплодов моркови. 2. Загрязнение черноземных почв кадмием, свинцом . цинком и смесью этих металлов стимулирует нитрификационный процесс, что может привести к накоплению нитратов в сельскохозяйственных культурах.

Практическая значимость работы. 1. На основе особенностей поглощения тяжелых металлов разными культурами, возможен дифференцированный подход к выращиванию на почвах, загрязненными определенным тяжелым металлом культуры, поглощающей этот металл в меньшей мере. 2. На основе антагонистического взаимодействия цинка и кадмия предложен новый подход к проблеме возможного улучшения качества сельскохозяйственных культур. При выращивании картофеля на почвах, загрязненных кадмием, возможно снижение его поступления в клубни за счет внесения цинковых удобрений; возможное применение Сг (VI) как ингибитора нитрификации в почве, но это требует дальнейшей проверки в полевых опытах.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены на на конференциях сотрудников агрономического факультета АГАУ (Барнаул. 1994. 1995). на международной научно-практической конференции «Вузовская наука - сельскому хозяйству» (Барнаул,2005).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 работы, общий объем публикаций 0.9 печатного листа, доля автора 0,7 печатного листа.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из 6 глав, выводов, списка литературы. Содержание изложено на '^страницах машинописного текста, включая таблиц. Список литературы состоит

наименований. ИЗ них^на иностранных языках.

Глава 1. Тяжелые металлы в системе почва - растение

В этой главе дается анализ отечественных и зарубежных источников, посвященных изучению тяжелых металлов, их физиологической роли, содержанию в почвах и растениях. Рассматривается влияние техногенного загрязнения на содержание тяжелых металлов (ТМ) в растениях: а также зависимость микробиологических процессов и мобилизации минеральных форм азота от количества тяжелых

Глава 2. Факторы почвообразования, объект и методы исследований.

в зоне черноземов в подзоне южных черноземов.

Материнскими породами служат лессовидные суглинки мощностью около 20 м, а также древнеаллювиальные отложения (Почвы Алтайского края, 1959).

Подзона южных черноземов в пределах изучаемой территории представляет собой волнистую равнину с террасированными склонами. Она расчленена ложбинами древнего стока, с ленточными сосновыми борами (Почвы Алтайского края, 1959).

Климат подзоны теплый засушливый Продолжительность периода с устойчивым снежным покровом 155-160 дней, абсолютный минимум температуры воздуха достигает -500 С. Безморозный период длится 115-120 дней. Сумма активных температур равна 2000-22000 С, сумма осадков за период активной вегетации составляет 140-175 мм, гидротермический коэффициент ГТК - 0.6-0,8 (Агроклиматические ресурсы..., 1971), что определяет непромывной тип водного режима с дефицитом влаги в вегетационный период.

Естественная растительность подзоны представлена разнотравно-типчаково-ковыльными ассоциациями с преобладанием в травостое зерновидных злаков.

Современное состояние по загрязненности тяжелыми металлами почв обследуемой зоны для большинства элементов не превышает предельно допустимую концентрацию (табл.1)

Таблица 1

СОВРЕМЕННЫЙ ТЕРРИТОРИАЛЬНЫЙ МЕДИАННЫЙ ФОН СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ ГОРИЗОНТА А (0-20), МГУКГ

Элемент Содержание элемента, мг/кг (Бурлакова,Антонова и др,2001) ПДК по ЦИНАО, мг/кг Кларк по Виноградо-ву А 11,(1957)

Свинец 30,0 38.0 16,0

Медь 24,9 53,0 47,0

Никепь 37,3 50,0 58,0

Хром 70,0 50,0 83 0

Кобальт 15.0 50,0 180

Ртуть 0,021 0,06

Молибден 0,50 1.1

Марганец 750,0 1000

Кадмий 0,375 0,6 0,13

Цинк 74,3 87,0 83,0

Кларк - среднее содержание элемента для земной коры в целом ( Краткая химическая энциклопедия 1963)

С целью из\чения накопления тяжелых металлов и минеральных форм азота в почвах и сельскохозяйственных проводились исследования в

районе (с Половинкино и с Зеленая Дубрава) Почвы с.Зеленая Д\брава. по сравнению с с Половинкино характеризуются более высокими показателями количества Г\М}1.а (2.86-5.03 % и 2 05%соответственно). с\мчы поглощенных оснований (44.50-62.50 и 25.0-28.75% соответственно) и процентного содержания частиц менее 0.01мм (37.3-43.5 и В районе с Половинкино рН

водной вытяжки имеет более щелочную реакцию (7,62-10,13). Водная вытяжка почв с. Зеленая Дубрава нейтральная (7,08) или щелочная (8,30).

Объектами исследований являлись следующие сельскохозяйственные культуры, выращенные на личных подворьях: картофедь(8о1апит tuberosum L.) морковь обыкновенная(Оаисия carota L.) свекла красная(Ве1а vulgaris var. crassa Alef.) редька noceBHaa(Raphanus sativus L.).

Изучение влияния содержания тяжелых металлов на мобилизацию минеральных форм азота проведено в лабораторных условиях. Были заложены по методу СП. Кравкова (1978) следующие опыты:

1) по компостированию чернозема обыкновенного;

2) по компостированию различных типов почв (дерново-подзолистой, дерново-карбонатной, серой лесной, темно-серой лесной окультуренной, чернозема обыкновенного);

В почвы вносили тяжелые металлы с одинаковой концентрацией - 45,4 мг/кг. Изучалось влияние свинца, никеля, кадмия, хрома, цинка, молибдена смеси

(Pb+Ni+Cd+Cr+Zn) и смеси (Pb+Ni+Cd+Zn). Металлы вносили в виле воднорастворимых солей: РЬ(СНзСОО)? х ЗНгО,

Ni(CHjCOO):x 4Н20, 3CdSOj х 8 Н20. K2Cr207 ZnS04 х 7Н30 и Ка2Мо04.

Модельные образцы почв ежедневно увлажнялись до достижения 60 % от полной влагоемкости и находились в аэрируемом термостате при температуре 27°С в течении 43 дней. Все модельные опыты проводили в трехкратной повторности.

Схема опыта 1 на черноземе обыкновенном по влиянию тяжелых металлов на мобилизацию аммонийного и нитратного азота (декабрь 1994):

Контроль - без внесения металлов

С внесением: Pb. Ni. Cd. Cr, Zn, Mo, c\iccH(Pb+Ni+Cd+Cr i/n.) и смеси

(

Схема опыта 2 на разных почвах по влиянию тяжелых металлов на мобилизацию нитратного азота (июнь 1995):

1. Дерново-подзолистая почва контроль - без внесения металлов

С внесением: Pb. Ni. Cd. Cr. Zn. смеси (Pb+Ni+Cd+Cr+Zn)

2. Дерново-карбонатная почва контроль - без внесения металлов

С внесением: Pb. Ni. Cd. Cr. Zn, смеси (Pb+Ni+Cd+Cr+Zn)

3. Серая лесная почва контроль-без внесения металлов

С внесением: Pb. Ni. Cd. Cr. Zn. смеси (Pb+Ni+Cd+Cr+Zn)

4. Темно-серая лесная почва контроль - без внесения металлов

С внесением: Pb. Ni. Cd. Cr. Zn. смеси (Pb+Ni+Cd+Cr+Zn)

5. Чернозем обыкновенный контроль - без внесения металлов

С внесением: Pb. Ni. Cd. Cr. Zn. смеси (Pb+N¡-(4b-Cr ->-Zn)

Для изучения особенностей биологического поглощения тяжелых металлов проводили отбор почвенных образцов (0-20 см)- Сопряженно отбирались образцы сельскохозяйственных культ) р. Почвенные и растительные образцы подвергались лабораторному анализу. Свойства почв определяли общепринятыми методами (Аринушкина, 1970; Александрова, Найденова, 1986).

Содержание тяжелых металлов в почвенных и растительных образцах определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометреАА8-3. Определение валового количества ТМ в почве проводили после разложения пробы разбавленной азотной кислотой (1:1) в присутствии концентрированной перекиси водорода (Методические указания.... 1989). Извлечение подвижных форм ТМ из почв -ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН - 4,8 по методу Н.К. Крупского и A.M. Александровой.

Минерализация растительных проб (для последующего определения содержания ТМ на AAS-3) осуществлялась методом сухого озоления (ГОСТ - 26657-85) с последующей кислотной экстракцией ТМ из золы (Методические указания...,1989).

Результаты исследований были обработаны статистически с использованием дисперсионного метода (Доспехов. 1979), а также информационно-логическим методом анализа (Пузаченко, Мошкин, 1969; Пузаченко. Карпачевский, Взнуздаев. 1970; Бурлакова 1975) с помощью специализированных пакетов прикладных программ на персональном компьютере кафедры почвоведения и агрохимии.

Глава 3. Влияние содержания тяжелых металлов в почве на их концентрацию в сельскохозяйственных культурах

Главный путь поступления тяжелых металлов в растение - поглощение корнями, которое может быть пассивным (неметаболическим) и активным (метаболическим). Пассивное поглощение происходит путем диффузии ионов из внешнего раствора в эндодерму корней. При активом поглощении необходимы затраты энергии метаболических процессов, и оно направлено против химических градиентов (Кабата-Пендиас. Пендиас. 1989).

Были изучены особенности биологического поглощения свинца, цинка, меди, кобальта, хрома, железа и кадмия клубнями картофеля и корнеплодами моркови. Установлена прямолинейная зависимость между содержанием в почве свинца и его содержанием в клубнях картофеля (К=0.3887). Для корнеплодов моркови характерна обратная зависимость до концентрации свинца в почве от 13,0 до 17,0 мг/кг, после чего прослеживается небольшое увеличение содержания свинца в корнеплодах (К=0.2896). Прямолинейная зависимость поглощения цинка для корнеплодов моркови наблюдалась от содержания цинка в почве (К=0.5817). Для клубней картофеля зависимость имеет обратный характер (К=0.2379).

Высокая степень связи установлена между содержанием меди в почве и корнеплодами моркови (К=0.4322). Характер зависимости практически прямолинейный. Для клубней картофеля характер связи обратно пропорциональный дo концентрации меди в почве от 15 до 20 мг/кг. после чего наблюдается увеличение концентрации мегалла в клчбнях (К=0.3182).

Коэффициенты эффективности каналов связи (К=0.3182 - для картофеля и К-0,2189 -- для моркови) указывают на наличие зависимости между содержанием кобальта в почве и исследованных культурах. Характеры связи концентрации

кобальта в почве и в изучаемых сельскохозяйственных культурах (картофель и морковь) подобны, зависимости почти прямо пропорционаиные

Установлена высокая степень связи (К=0,3453) и прямая зависимость между концентрацией хрома в почве и его содержанием в клубнях картофеля. При высокой степени связи (К=О,3431) для корнеплодов моркови прямая зависимость концентрации хрома от его количества в почве наблюдается до определенного уровня (около 6 мг/кг). затем происходит снижение накопления металла, что. возможно, связано с защитными функциями растения.

Характер зависимости содержания железа в корнеплодах моркови от его концентрации в почве почти прямо пропорциональный. Для клубней картофеля пропорциональное увеличение наблюдается до содержания железа в почве от 18000 до 24000 мг/кг. после чего идет обратно пропорциональное уменьшение количества железа в кл>бнях.

По степени канала связи между содержанием тяжелых металлов в почве и растениях, изученные элементы располагаются по уменьшению в следующие ряды: для клубней картофеля -Pb>Cr=Co>Cu>Zn>Fe; для корнеплодов моркови - Zn>Cu>Cr>Pb>Co>Fe.

Для разных культур выявлены разные тяжелые металлы, содержание которых в почве в большей степени влияет на поступление их в растения Для клубней картофеля это свинец, для корнеплодов моркови - цинк В этом отношении железо занимает последнее место как для моркови, так и для клубней картофеля

Глава 4. Влияние уровня загрязнения почв тяжелыми металлами на мобилизацию в них минеральных форм азота

Естественная сопротивляемость почв, их буферность по отношению к тяжелым металлам не беспредельны. Под влиянием техногенного загрязнения уменьшается биологическая активность почв, снижается их нитрификационная способность (Бурлакова, Антонова и др, 2001)

Плодородие почвы напрямую связано с содержанием в ней азота, находящегося в органических соединениях, либо >же минерализованного до ионов аммония и нитратов Работами многих исследователей (Кочергин, 1965 .Бурлакова Анненко.1966.1967: Кочегарова, 1976. Кондратьева, 1978, Гамзиков, 1981: Бурлакова 1984) установлено, что в условиях Западной Сибири, в азотном питании растений преобладающее значение играет нитратный азот.

В связи с этим, представляет интерес из>чение мобилизации подвижного азота почв компостирования в лаборатории в присутствии тяжелых металлов

При изучении накопления аммонийного, нитритного и нитратного азота под влиянием тяжелых металлов положительное влияние хрома на

накопление ионов аммония (112.5 % - в первый срок отбора. 416.7 % - во второй срок. 240.6 % - в фетий Срок) по сравнению с контролем

Кроме тою. в образцах с хромом наблюдалась взаимообусловленность содержания ионов аммония и нитратов Так. в первый срок отбора аммонийный азог вырос с 0.919 ло 1 847 мг/100 г. при этом нитратный азот снизился с 8.96 до 5.221 мг/100 i почвы

Концентрация нитритного азота для всех образцов была незначительна и составляла от 0 139 до 0 368 мг/100 г почвы

Установ iciio различное boj (сйсгвис гяжстыч ме мпов на накол icmic нитратною лога на разных почвах 1ак ия дерноно-по ио шаой почвы выяв isiio по южите ibHoe вшянис никс 1Я (.винца кадмия и цинка на пифифимционпыи

процесс. Для серой лесной почвы - свинца цинка и в меньшей мере никеля и кадмия. Для дерново-карбонатной - цинка и кадмия на разных сроках отбора. Неодинаковый характер воздействия тяжелых металлов можно объяснить, прежде всего, различным содержанием в почвах органического вещества, различиями почвенных микроорганизмов, населяющих разные типы почв, а также различными реакциями почвенного раствора, концентрацией воднорастворимых органических соединений. Динамика содержания нитратного азота при компостировании чернозема обыкновенного приведена на рис.1.

Ингибирующее влияние хрома на накопление нитратов установлено для всех типов почв.

Проведенные лабораторные исследования дают возможность говорить о стимулирующем действии цинка на накопление нитратного азота, что согласуется с выводами Э.Рассела (1955) о необходимости цинка в процессе окисления аммиака в нитратный азот.

Выявлено стимулирующее воздействие свинца, кадмия и смеси (Pb+Ni+Cd+Zn) на накопление нитратного азота в черноземе обыкновенном.

Установлено, что никель и молибден в меньшей мере способствуют накоплению нитратного азота, чем выше перечисленные элементы. Лишь к третьему сроку отбора было зафиксировано увеличение концентрации нитратов по сравнению с контролем на 16.6 % и 21,2 % соответственно.

В результате наших исследований, по величине общей информативности и

коэффициенту канала связи установлено, что наибольшая степень зависимости азотминерализующей способности чернозема обыкновенного проявилась для кадмия, цинка и хрома Для цинка и кадмия - стимулирующее

воздействие на накопление нитратов,а дпя хрома - ингибируюшее. Для других вариантов теснота связи была несколько меньшей (К oг 0.2394 до 0,3171).

-—Сй — Сг —2п

—рь, N1. са. сг.гп

Рис. 1. Динамика содержания нитратного азота при компостировании чернозема

Глава 5. Влияние содержания тяжелых металлов н подвижных форм минерального амна в почве на содержание М1/,МОГ и \0/в картофеле и овощах

Минеральный азот в почве пределавден солями аммония, азотной и азотистой кислот, которые обусловлены проявлением биолш нчеекпх процессов Рааш азогныч ориничсскмч соединений почвы до аммиака осуществляется а>робными и

анаэробными микроорганизмами В аэробных условиях аммиак подвергается нитрификации, переходя в нитриты, а затем окисляется до нитратов

Хотя для почв, в отношении подвижных форм азота предельно допустимые концентрации (ПДК) не установлены существуют классификации обеспеченности нитратным азотом (Антонова, Бурлакова Нестеров и др, 1986) Например, для почв под овощными культурами содержание нитратного азота менее 8 мг/кг является очень низким, от 8 до 15 мг/кг - низким. от15 до 30 мг/кг -средним, более 30 мг/кг -высоким

Для овощей и картофеля приняты ПДК. величины которых сильно изменяются в зависимости от биологических особенностей культур и выращивания а также сроков уборки урожая (Нормативные документы ,1988) Для картофеля ПДК нитратного азота составляет 250 мг/кг сырой массы, для моркови ранней - 400 мг/кг, моркови поздней -250 мг/кг, для свеклы - 1400 мг/кг сырой массы

Анализ почв подворий проведенный в июне на содержание подвижных форм азота, позволяет сделать вывод о высоком содержании общего нитратного азота- до 71.21 мг/кг в слое 0-20 см

Анализ клубней картофеля на содержание в них подвижных форм азота дал высокие концентрации нитратов - от 530 (1 ранг) до 1810 мг/кг (5 ранг), что состав пяет от 2,1 до 7,2 ПДК (рис 2)

Накопление нитратного азота в клубнях картофеля идет пропорционально их концентрации в почве Но при высоком содержании в почве (более 62 мг/кг) -

4 ранг, происходит некоторое снижение накопления нитратов в клубнях (рис 2)

Содержание нитратного азота в корнеплодах моркови составляло от 670 до 1930 мг/кг, что значительно превышает ПДК

Обозначения к рис.2

Содержание N/NO., в картофеле, мг/кг по

рангам 1- <500,2- 500-1500 3-1S0O-2500

4-2500-3500,5->3500

Содержание NNCV, в почве мг/кг по

рангам 1-<2, 2-2-22 3-22-42 4-42-62,

v>62

Рис 2 Содержание N-NOj в кл\бня\ картофеля в зависимости от его концентрации в почве Свекла содержала от 1570 до 6030 мг/кг (1 1 - 4,3 ПДК) редька - 990 - 2540 MI /кг, лук репчатый - 900-3100 мг/кг

Накопление минеральных форм азота в растениях является биохимической необходимостью для нормальной фотосинтетической деятельности (Андреева. 1982 1988) Но нельзя допускать высоких концентраций нитритов и нитратов Причины повышенного содержания NOj В каргофС1е моркови свекле надо искать по-видимом) в технологии их возделывания в подворьях

Характер влияния гяжетых металлов на накотение нитратного азом в кл\бнях картофеля и корнсп кпа\ моркови npeician ien на рисЗ Сходство ¡ависимости содержания NOt в К1\бнях картофе ы н корнстодов моркови прояви юсь от концентрации в растениях кобальта и (.винца (рисЗДЕИК) В шяпие остальных гяжетых метал юв имею разный хараыер Необходимо oiuemn. что вообще корнсп юлы моркови oí жчались бо imiich иепенью накогпения нитраюв по сравнению с карюфсчем Tía особенное ib объясняйся по-ви шмом\ тем чго к 1\бни картфе гя - no opian запаса леснми тон

Ранг содержании N0, моркови

Ранг содержании С4 в карте« [>слс

Т-09Ч.6 К-04944

Ранг содержания в моркови

Р*КГС0Д!р»УаС1 ^ .

КОу » гар^ф^Тй »

О!

тодн

К-01960

Ранг ссо^р» «о« КЭ3" в корюти4

, Ракг соагржаюа

Раит ооавржвния N0^" » картофеле

Раит совершают N0-7" в картофеле * е.

1 2 ] «Сс г картоф^п»

ж т»одо

К-0 2122

Ранг содержания Ю^" ъ мерквън 4

Т-07о»4 ^'136

, Раигсогоржанхн

I 2 3

Рангимюржанна

12 3 4 ¿п в картофеле

\А

Т-0 7065 К=0,4КЗ

, РаигсщЕржцдя

■Ь

Т-0 2017 К-01143

Ранг содержания НСЦ" » нюрювя 4

. Раятсодердгадая

1 2 3 4 РЬ в картофеле

1 2 3 йпвиорнин

Т» 1,0253 К=0,5299

. Раит содержания

1 2 3 4 РЬв моркови

Рис 3 Зависимость содержания нитратного азота в клубнях картофеля и корнеплодах моркови от концентрации кадмия (А Б) железа (В Г) кобальта (Д Е) цинка (Ж, 3) и свинца (И, К) в растении

Обозначения к рис. 3 Содержание N/N0; в картофете мг/кг по рангам 1- <700,2- 700 900 3- 900-1100 4->1100

Содержание N/N01 вморкови мг/кг по ран! ач 1-<1000 2-!000-1200 3-1200-1400,4- >1400 Содержание ТМ (мг/кг) в картофеле по рангам С(1 1-<0012 2- 0012 0016 3-0016-002 40 02 0 024 Ге 1-<6 2-6-10 3-10-14 4->14 Со 1 - <007 2- 007 0011 3-ООП-ООН 4->0015 гп1-<2 7 2- 27-3 3 3- 33-39 4->39 РЬ 1-<002 2- 002 004 3- 004-006 4 >0 06

Сокр-ьаниеТМ (чг/м) в морковн.по рангам ( с] I - <0 006 2-0006-0012 3- 0012-0018 4->0 018 Рс 1-<-4 2- 4-7 3- 7-10 4- >10 Со 1- <0 006 2- 0 006-0 01 3- >0 01 ¿п I- <1 7 2- 1 7-2 0 3- >2, РЬ I <0 0^ 2- 0 0>-0 06 3 0 06-0 07 4- 0 07

Ранг содержания СсГ » картофеле

Т-0.462 К-О.35%

Ранг содержания Сг в моркови

1 2 3 Ранг содержания 1л в картофеле

Т-0.5616 ЮН) 3756

Н-

I 2 3 Ранг содержания 2я в корнеплодах моркови

Ранг содержания Сг в картофеле

2-I ■

Ранг содержания Сй в юрии^ече

та

ТЧ).3!9| К=02182

Раягсошржания 4 кадтяв картофеле 3

2 -I -

ТЧ1.4СШ К=0.2704

12 3 Ранг содержания Ре а картой-«:

1 2 3 Ранг содержания Рс в моркови

Т=02179

\ К=и,137й

Ранг содержания

РйКГсодар®4Кйл каджняь коркоьи

2 I

12 3 * пртоф^ле

Т-ОДО! К-О.ЗЗЙО

, Ранг содержания

1 2 3 Со б моркови

Ранг содержания РЬ агарлэфеле 3

Т-0,3235 К-О^ЗОб

. Ранг сод ржания 3 Си б картофеж

Ранг содержания Сс1 в моркови

2 1

Т=0,37Р7 КО,2467

Ранг содержания

1 2 3 Сив моркови

Ранг содержания хрома в к&ртофелг 3

Т-0.3036 К-0,2231

1 2 3 Со Б картофеле

Ранг содержания Cd Б картофеле 4

.Ранг содержания

Т-0,1782 К=0,1218

, Ранг содержания

{ 2 3 5 картофеле

Рис. 4. Зависимости солержания токсичных тяжелых ме! аллов в картофеле и корнеплодах моркови от концентрации ТМ-мнкроэлементов в растсииях

Обозначения к рис 4. Содержание ТМ в картофеле. мг/кг но рангам-. С<1 1- <0,012.2-0.012-0.018:3- 0.018-0.024:4- >0.024:Сг: 1- <0.01:2- 0.01-0.115:3- >0.115: 7м 1-<3:2-4:3->4. Ре: 1-<7. 2- 7-13. 3->13. Со: 1-<0.009. 2- 0.009-0.013:3->0.013. РЬ' I-<0.04.2-0 04-0.06:3- >0.06: Си 1- <1.25.2- 1.25-1.4:3- >1.4

Содержание ТМ в моркови, мг/кг по рангам СМ 1- <0,012,2- 0,012-0,018, 3- >0,018. Ъп 1-<1,5; 2-1.5-2,0; 3- >2, для Сг, Ре, Со и Си содержание по рангам такое же. как для картофеля

Глава 6. Синергическое и антагонистическое взаимодействие тяжелых металлов в растениях

Взаимодействие между химическими элементами может быть синергическим или антагонистическим, их можно связать со способностью одного элемента стимулировать или ингибировать поглощение других элементов растением (Кабата Пендиас, Пендиас, 1989). Все эти реакции весьма переменчивы. Они могут происходить внутри клеток, на поверхности мембран, а также в среде, окружающей корни растений.

Представляет интерес для снижения содержания высокотоксичных тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах изучение влияния на их концентрацию содержания в растении менее токсичных элементов (микроэлементов).

Характер влияния содержания цинка железа, кобальта и меди в клубнях картофеля и корнеплодах моркови на содержание в них хрома, кадмия и свинца представлен на рис. 4.

Для клубней картофеля синергизм проявляется в зависимости содержания кобальта и железа на концентрации хрома и кадмия соответственно, рис.4 (И, К). В отношении влияния железа на содержание кадмия необходимо отмстить менее выраженный синергизм.

Для корнеплодов моркови синергизм отмечен в зависимости между содержанием кобальта - кадмия и меди - кадмия в растении, рис 4 (Е, 3).

Антагонистическое взаимодействие, представляющее больший интерес для возможного практического применения, для клубней картофеля проявилось между содержанием в растении цинка, железа, кобальта и меди и накоплением в них соответственно, кадмия, хрома и свинца, рис.4 (А, В. Д, Ж).

Для корнеплодов моркови проявить антагонистическое влияние содержания цинка и железа на концентрацию соответственно хрома и кадмия, рис.4 (Б. Г).

По нашим данным, наибольшая степень влияния содержания нитратного азога в клубнях картофеля была отмечена для поступления в картофель кадмия (рис.5).

Содержание Сё в картофеле, мг/кг по рангам 1- <0,012,2- 0 012-0,016.3- 0.016-0 020, 4- 0,020-0,024,5- >0 024

Обозначения к рис.6

Содержание 2п в почве, мг/кг по рангам 1- <60,2- 60-87.3- >87

Содержание Сё в картофеле, мг/кг по рангам 1- <0,012,2- 0,012-0,023.3- >0,023

Характер связи обратно пропорциональный, те. чем больше накапливается нитратного азота в клубнях, тем меньше содержится в них кадмия. Между содержанием N/N03' в клубнях и концентрацией кадмия наблюдается антагонизм.

В 5 главе была отмечена почти прямо пропорциональная зависимость между содержанием нитратов в почве и картофеле (рис.2). В 4 главе был сделан вывод о стимулирующем влиянии цинка на нитрификационный процесс в почве. Следовательно, если цинк и нитратный азот связаны друг с другом, то можно предположить, что повышение содержания цинка в клубнях будет способствовать снижению кадмия в картофеле.

По результатам обработки информационно-логическим методом, повышение содержания цинка в картофеле способствует уменьшению кадмия в нем (рис.4 А).

Это дает основание предположить снижение поступления кадмия при подкормках цинком картофеля, выращиваемого на загрязненных кадмием почвах. Так. содержание кадмия в кл)бнях картофеля изменяется от концентрации цинка в почве (рис 6). Характер зависимости обратно пропорциональный. Чем больше содержание цинка в почве, тем меньше содержание кадмия в кл>бнях картофеля.

Цинк и кадмий являются элементами одной подгруппы второй группы периодической системы Д И Менделеева, это определяет сходство их физических и химических свойств. Радиус атома цинка составляет 0,139 нм, а кадмия — 0,156 нм. соответственно радиус катиона 2п2+ также меньше катиона Сё2+ (0.083 и 0,099 нм ) (Глинка. 1982). Поэтому, возможно, что при достаточном содержании цинка в почве (в пределах ПДК) в растение (в нашем случае картофель) приоритетным будет поступление более компактных катионов 2п2+. по сравнению с Сё2+.

На основе характера антагонистических проявлений между содержанием в растении нетоксичных микроэлементов и токсичных тяжелых металлов возможно найти пути уменьшения поступления вредных тяжелых металлов в сельскохозяйственную продукцию (за счет применения микроудобрений)

Но для этого необходимо проведение дополнительных исследований

Выводы

1. По уменьшению степени загрязненности почв личных подворий тяжелые металлы можно расположить в ряд

Содержание цинка в исследованных почвах подворий Р\бцовского района превышает региональную фоновую концентрацию (74.3 мг/м). а гак же ПДК (87.0 мг/кг) на 1-20 % Содержание хрома также превышает фоновое (70.0\п/кг) и ПДК (50.0 Х1Г'К1) па 38-48 % Концентрации остальных изученных тяжелых моаллов в почве ниже ПДК

2 У аанов 1С1Ю. чго содержание подвижного кадмия от валовот(40 %) ведет к накоплению нот элемента в кл\бняч картофе 1Я Карюфедь. выращенный на почве с копцешраиией капшя в иреилач ПДК. накаи 1иваеч т>г > (смет с превышением ПДК на 3.5-27%

3. Превышение валового содержания хрома в почвах подворий на 20 % от ПДК ведет к превышению допустимых концентраций в корнеплодах моркови и свеклы на 9,2 и 88,7 %, соответственно.

4. Установлено, что для изученных сельскохозяйственных культур характерно большее накопление тяжелых металлов в кожуре, исключение составляют клубни картофеля, накапливающие меньше кадмия (>2 ПДК), цинка и свинца (около 1 ПДК) в кожуре; концентрация хрома в кожуре всех изученных сельскохозяйственных культур выше, чем в поедаемой части.

5. Выявлен неодинаковый характер воздействия тяжелых металлов на накопление нитратного азота на разных типах почв; стимулирующее воздействие на процесс нитрификации установлено для цинка (с концентрацией в пределах ПДК). Подавление нитрификационной активности почв проявилось для Сг(У1) .

6. Установлен синергизм С<1 И N03* для корнеплодов моркови, т.е. чем больше кадмия в растении, тем больше в них нитратов и антагонизм для клубней картофеля (чем больше нитратов в клубнях, тем меньше кадмия).

7. Отмечен высокий уровень общего минерального азота в почвах подворий -14,54-71,21 мг/кг в слое 0-20 см и 15,92-117,71 мг/кг в слое почвы 20-40 см, что обуславливает превышение допустимых концентраций нитратов в клубнях картофеля в 2,1-7,2 раза, свеклы в 1,1-4,3 раза. Содержание нитратного азота в корнеплодах моркови составляло от670 до 1930 мг/кг (ПДКморкови ранней-400 мг/кг, моркови поздней-250 мг/кг).

8. По содержанию в корнеплодах моркови проявился антагонизм между следующими тяжелыми металлами (в порядке уменьшения коэффициента степени связи):

Сг^п > Сг-РЬ > Cd-Fe > Zn-Fe > Бе-Со, т.е. чем больше цинка, железа в моркови, тем меньше в ней хрома и кадмия соответственно,

и синергизм между:

Са-Со > Сг-Со > Со-Си > Си-Со > Сс1-гп > РЬ-Си > С<Шп > Сс1-РЬ > РЬ-Мп, т.е.

чем больше кобальта цинка, марганца в корнеплодах, тем больше содержание кадмия, хрома и свинца.

9. По содержанию в клубнях картофеля проявился антагонизм между следующими тяжелыми металлами: Сг-Бе; Cd-Zn, т.е. чем больше железа и цинка в клубнях, тем меньше содержание хрома и кадмия,

и синергизм между Сг-Со; Cd-Fe,T.e. чем выше концентрация кобальта и железа в клубнях,тем большее количество хрома и кадмия накапливается в картофеле.

10. Исходя из антагонистических проявлений между тяжелыми металлами, можно рекомендовать проверить эффективность подкормки цинком картофеля, растущего на почвах, загрязненных кадмием (а так же меди, для уменьшения содержания свинца, железа - для уменьшения хрома, кобальта - для уменьшения кадмия).

11. Исходя из антагонистических проявлений для корнеплодов моркови, возможно, что подкормки цинком и железом снизят концентрации хрома и кадмия соответственно.

Предложение производству

Повышенное содержание кадмия и нитратного азота в растительной продукции делает необходимым изменить характер использования почв подворий с точки зрения повышения их плодородия. Для уменьшения содержания токсикантов, в частности кадмия и повышенного содержания нитратного азота в почве, необходимо применять нормированное внесение золы и органических удобрений (в виде навоза с высоким содержанием кадмия).

1. Морковкин Г.Г., Кузнецова О.В. Содержание тяжелых металлов в почве и овощах из личных подворий сел Рубцовского района Алтайского края//Анализ современных аграрных проблем: Сб. науч. тр. молодых учен, и аспирантов-Новосибирск: Изд-во Новосиб. Аграр. Ун-т, 1994.-С.214-216.

2. Бурлакова Л.М., Морковкин Г.Г., Кузнецова О.В., Завалишин СИ. Особенности роста и развития яровой пшеницы при различных уровнях загрязнения почв тяжелыми металлами// Экологические проблемы сельского хозяйства Алтая: Тез. докл. науч.конф.- Барнаул: Изд-во Алт ГАУ, 1995. -с.43-45.

3. Кузнецова О.В., Бурлакова Л.М. Нитрификация в условиях наведенного загрязнения тяжелыми металлами// Междунар. науч.-практич. конф., Сб.статей -Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005, кн.1. - с.80-83.

4. Кузнецова О.В., Завалишин СИ. Тяжелые металлы в почвах сухой степи Алтайского края// Междунар. науч.- практич. конф., Сб. статей- Барнаул: Изд-во АГАУ, 2005, кн.1.-с.77-80.

ЛР № 020648 от 16 декабря 1997 г. Подписано в печать 12 05.2005 г. Формат 60x84/16. Бумага для множительных аппаратов. Печать ризографная. Гарнитура «Times New Roman». Усл. печ. л. 1. Уч.-изд, л. 0,6. Тираж 100 экз. Заказ №/9-

Список работ, опубликованных по теме диссертации

Издательство АГАУ 656099, г. Барнаул, пр. Красноармейский, 98 62-84-26

613

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Дьяконова, Ольга Владимировна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ.

1.1. БИОФИЛЬНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ КАК МИКРОЭЛЕМЕНТОВ.

1.2. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ПОЧВАХ И РАСТЕНИЯХ.

1.3. ТЕХНОГЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ И ЕГО ВЛИЯНИЕ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ.

1.4.ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ НА МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ И МОБИЛИЗАЦИЮ

МИНЕРАЛЬНЫХ ФОРМ АЗОТА.

ГЛАВА 2 ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.1. ФАКТОРЫ ПОЧВООБРАЗОВАНИЯ И ПОЧВЕННЫЙ ПОКРОВ ЗОНЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ.

2.2. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ПОЧВ ОБСЛЕДУЕМОЙ ЗОНЫ.

2.3. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.4. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 3. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ НА ИХ КОНЦЕНТРАЦИЮ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУРАХ

3.1. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ РАСТЕНИЯМИ.

3.2.ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА УРОВНИ ИХ СОДЕРЖАНИЯ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ

КУЛЬТУРАХ.

3.2.1. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ СВИНЦА КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

3.2.2. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ЦИНКА КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

3.2.3. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ МЕДИ КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

3.2.4. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ КОБАЛЬТА КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

3.2.5. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ХРОМА КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

3.2.6. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ЖЕЛЕЗА КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

3.2.7. ОСОБЕННОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ КАДМИЯ

КАРТОФЕЛЕМ И КОРНЕПЛОДАМИ МОРКОВИ.

ГЛАВА 4 ВЛИЯНИЕ УРОВНЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ НА МОБИЛИЗАЦИЮ МИНЕРАЛЬНЫХ ФОРМ АЗОТА.

4.1. ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА МОБИЛИЗАЦИЮ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ АЗОТА В ЧЕРНОЗЕМЕ ОБЫКНОВЕННОМ.

4.2.ДИНАМИКА НАКОПЛЕНИЯ НИТРАТНОГО АЗОТА ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ПОЧВ В УСЛОВИЯХ НАВЕДЕННОГО

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ.

Глава 5 ВЛИЯНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И ПОДВИЖНЫХ ФОРМ МИНЕРАЛЬНОГО АЗОТА В ПОЧВЕ НА СОДЕРЖАНИЕ NH4+, N02' И N03" В КАРТОФЕЛЕ И ОВОЩАХ.

5.1. ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ ФОРМ АЗОТА В ПОЧВЕ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ NH4+, N02T1 N03' В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ.

5.2. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ФОРМ АЗОТА В ПОЧВЕ НА КОНЦЕНТРАЦИЮ NH4+, N02" И N03" В МОРКОВИ И ДРУГИХ КОРНЕПЛОДАХ.

5.3. ВЛИЯНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИИ НА ПОСТУПЛЕНИЕ НИТРАТНОГО АЗОТА В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ И КОРНЕПЛОДАХ МОРКОВИ.

Глава 6 СИНЕРГИЧЕСКОЕ И АНТАГОНИСТИЧЕСКОЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯХ.

6.1 ПРОЯВЛЕНИЯ СИНЕРГИЗМА И АНТАГОНИЗМА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КЛУБНЯХ КАРТОФЕЛЯ.

6.2. ПРОЯВЛЕНИЯ СИНЕРГИЗМА И АНТАГОНИЗМА ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В КОРНЕПЛОДАХ МОРКОВИ.

6.3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ К ВОЗМОЖНОМУ СНИЖЕНИЮ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЫСОКОТОКСИЧНЫХ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ЗА

СЧЕТ ПРИМЕНЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ.

ВЫВОДЫ.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение"

С другой стороны, многие тяжелые металлы являются микроэлементами, жизненно важными для нормального развития растений и почвенных микроорганизмов. А нитратный азот преобладает в азотном питании растений в условиях Западной Сибири (Кочергин,1965; Кондратьева, 1978; Гамзи-ков, 1984; Бурлакова, 1984) и без него невозможно получение высокого урожая.

Для предотвращения негативного воздействия токсикантов, необходимо изучение особенностей биологического накопления тяжелых металлов и нитратного азота различными сельскохозяйственными культурами, выяснения характера их накопления в растениях. Представляет интерес изучение нитрификационной способности почв в присутствии тяжелых металлов — как неизбежных «спутников» техногенеза.

Задачи исследований:

1. Изучить степень загрязнения тяжелыми металлами почв исследованного района.

2. Определить степень загрязнения изучаемых сельскохозяйственных культур тяжелыми металлами.

3. Определить обеспеченность почв подворий Рубцовского района подвижными формами азота.

4. Изучить влияние тяжелых металлов на процессы аммонификации и нитрификации в различных почвах.

5. Выявить особенности аккумуляции тяжелых металлов и накопления минерального азота изучаемыми сельскохозяйственными культурами.

6. Установить характер проявления связи между содержанием тяжелых металлов в почвах и азота нитратов в почве, и их накоплением в растениях.

7. Выявить характер проявлений связи между поглощенными растениями токсичными тяжелыми металлами и микроэлементами.

Научная новизна:

Защищаемые положения. 1. Загрязнение почв тяжелыми металлами ведет к накоплению их в сельскохозяйственных культурах, снижая качество клубней картофеля и корнеплодов моркови. 2. Загрязнение черноземных почв кадмием, свинцом, цинком и смесью этих металлов стимулирует нит-рификационный процесс, что может привести к повышенному накоплению нитратов в сельскохозяйственных культурах.

Практическая значимость работы. 1. На основе особенностей поглощения тяжелых металлов разными культурами, возможен дифференцированный подход к выращиванию на почвах, загрязненными определенным тяжелым металлом культуры, поглощающей этот металл в меньшей мере. 2. На основе антагонистического взаимодействия цинка и кадмия предложен подход к проблеме возможного улучшения качества сельскохозяйственных культур. При выращивании картофеля на почвах, загрязненных кадмием, возможно снижение его поступления в клубни за счет внесения цинковых удобрений; возможно применение Cr (VI) как ингибитора нитрификации в почве, но это требует дальнейшей проверки в полевых опытах.

Автор благодарна сотрудникам кафедры агрохимии и почвоведения к.с.-х. н. Е.В. Райхерту, к. с.-х. н. В.И. Овцинову, В.В. Тонких за помощь в техническом оформлении работы.

Особую признательность автор выражает научным руководителям - заведующей кафедрой почвоведения и агрохимии, заслуженному деятелю науки РФ, доктору сельскохозяйственных наук, академику, профессору Лидии Макаровне Бурлаковой и доценту, кандидату сельскохозяйственных наук С.И. Завалишину за внимание, консультации и поддержку на протяжении всей работы над диссертацией.

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Дьяконова, Ольга Владимировна

ВЫВОДЫ

1. Загрязнение почв личных подворий тяжелыми металлами изменяется в ряду (по уменьшению) : Cr > Mo > Mn > Ni > Pb > Си > Hg > Со, Cd.

Содержание цинка в исследованных почвах подворий Рубцовского района превышает региональную фоновую концентрацию (74,3 мг/кг), а так же ПДК (87,0 мг/кг) на 1-20 % . Содержание хрома также превышает фоновое (70,0 мг/кг) и ПДК (50,0 мг/кг) на 38-48 % . Концентрации остальных изученных тяжелых металлов в почве ниже ПДК.

2. Установлено, что содержание подвижного кадмия от валового(40 %) ведет к накоплению этого элемента в клубнях картофеля. Картофель, выращенный на почве с концентрацией кадмия в пределах ПДК, накапливает этот элемент с превышением ПДК на 3,5 - 27 %.

4. Установлено, что для изученных сельскохозяйственных культур характерно большее накопление тяжелых металлов в кожуре, исключение составляют клубни картофеля, накапливающие меньше кадмия ( >2 ПДК), цинка и свинца (около 1 ПДК) в кожуре; концентрация хрома в кожуре всех изученных сельскохозяйственных культур выше, чем в поедаемой части.

6. Установлен синергизм Cd и N03" для корнеплодов моркови, т.е. чем больше кадмия в растении, тем больше в них нитратов и антагонизм ЫО'з и Cd для клубней картофеля (чем больше нитратов в клубнях, тем меньше кадмия).

7. Отмечен высокий уровень общего минерального азота в почвах подворий -14,54-71,21 мг/кг в слое 0-20 см и 15,92-117,71 мг/кг в слое почвы 2040 см, что обуславливает превышение допустимых концентраций нитратов в клубнях картофеля в 2,1-7,2 раза, свеклы в 1,1-4,3 раза. Содержание нитратного азота в корнеплодах моркови составляло от 670 до 1930 мг/кг (ПДК моркови ранней-400 мг/кг; моркови поздней-250 мг/кг).

Cr-Zn > Cr-Pb > Cd-Fe > Zn-Fe > Fe-Co, т.е. чем больше цинка, железа в моркови, тем меньше в ней хрома и кадмия соответственно. и синергизм между:

Cd-Co > Cr-Co > Co-Cu > Си-Со > Cd-Zn > Pb-Cu > Cd-Mn > Cd-Pb > Pb-Mn, т.е. чем больше кобальта цинка, марганца в корнеплодах, тем больше содержание кадмия, хрома и свинца.

9. По содержанию в клубнях картофеля проявился антагонизм между следующими тяжелыми металлами: Cr-Fe; Cd-Zn, т.е. чем больше железа и цинка в клубнях, тем меньше содержание хрома и кадмия, и синергизм между Cr-Co; Cd-Fe,т.е. чем выше концентрация кобальта и железа в клубнях, тем большее количество хрома и кадмия накапливается в картофеле.

ПРЕДЛОЖЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВУ

Повышенное содержание кадмия и нитратного азота в растительной продукции делает необходимым изменить характер использования почв подворий с точки зрения повышения их плодородия. Для уменьшения содержания токсикантов в частности кадмия и повышенного содержания нитратного азота в почве необходимо применять нормированное внесение золы и органических удобрений (в виде навоза с высоким содержанием кадмия).

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Дьяконова, Ольга Владимировна, Барнаул

1. Авакян З.А. Токсичность тяжелых металлов для микроорганизмов (Обзор) // Итоги науки и техники. Сер.Микробиология. — 1985. Т. 2. - С. 5-45.

2. Агроклиматические ресурсы Алтайского края. — Л.: Гидрометеоиздат, 1971.-155 с.

3. Александрова В.Д., Базилевич И.И., Занин Г.В., Иванина Л.И., Карманов И.И., Кравцова В.И., Розанов А.Н. Природные районы Алт. края (без Горно-Алтайского АО) // Природное районирование Алт. края. -М.: АН СССР, 1958. С.161-202.

4. Александрова Л.Н., Найденова О.А. Лабораторно-практические занятия по почвоведению. 4-е изд., перераб. И доп. — Л.: Агропромиздат, 1986.-295 с.

5. Алексеев Ю.Ф. Тяжелые металлы в почвах и растениях.- Л.: Агропромиздат, 1987.- 142с.

6. Антонова О.И., Бурлакова Л.М., Нестеров В.В., Островлянчик М.Ф. Применение удобрений в Алтайском крае. — Барнаул, 1986. — 106 с.

7. Антонова О.И. Физиолого-агрохимические аспекты повышения продуктивности агроценозов Алтайского края: Автореф. дис. доктора с.-х. наук. Барнаул, 1997. - 33 с.

8. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: Изд-во МГУ, 1970.-487 с.

9. Баркан Я.Г. Микроэлементы в почвах Алтайского края и эффективность микроудобрений. //Вопросы химизации сельского хозяйства Алтая." Барнаул.- 1969.- С.44-67.

10. Баркан Я.Г. О пороговом содержании микроэлементов в почвах Алтайского края. // Вопросы химизации сельского хозяйства Алтая.- Барнаул.- 1967.- С.47-49.

11. Бейром С.Г., Гарманов И.В. и др. Подземные воды Алтайского края и их роль в сельскохозяйственном водоснабжении (без Горно-Алтайской АО). // Природное районирование Алтайского края. М.: Изд-во АН СССР, 1958.-С. 99-134.

12. Белоусова Т.Н. Геохимическое поведение меди в почвах Белорусского Полесья // 15-й Менделеевский съезд по общей и прикладной химии, Минск, 24-29 мая, 1993.-т.4.-Минск, 1993.-С. 16-17.

13. Беспамятнов Г.П., Кротов Ю.А. Предельно допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Справочник.- JL: Химия, 1985.-528 с.

14. Благовещенская З.И. О возможной роли микроэлементов в процессах биосинтеза нуклеиновых кислот.// Сб. научн. тр. Ивановского мед. инта, 1961.- вып.23.

15. Бойченко Е.А., Саенко Г.Н., Удельнова Т. М. Изменение соотношения металлов в эволюции растений биосферы // Очерки современной геохимии и аналитической химии.- М.: Наука, 1972.- С.454-456.

16. Большаков В.А., Гольпер Н.Я., Клименко Г.А., Лычкина Т.И. Загрязнение почв и растительности тяжелыми металлами. М.: Гидротеоиздат, 1978.-49 с.

17. Братанова Д. Загрязнение почв и растений свинцом (Болгария) // Охрана природы. №8. - М., 1980. - С.46-48.

18. Булавко Г.И. Влияние соединений свинца на азотфиксирующие микроорганизмы. // Микробиологические процессы в почвах Западной Сибири. -Новосибирск: Наука, 1982. 192 с.

19. Бурлакова Л.М.//Тр. ТГУ.-Томск, 1957.-Т. 140. С. 202-213.

20. Бурлакова Л.М. Основные показатели плодородия серых лесных и чер-ноземно-луговых почв южной части Томской области в условиях сельскохозяйственного производства: Автореф. дис. канд. биол. наук. — Томск, 1958.-25 с.

21. Бурлакова JI.M. Плодородие Алтайских черноземов в системе агроце-нозов. Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ие, 1984. - 197 с.

22. Бурлакова JI.M. Применение информационно-логического анализа в бонитировке почв. // Тезисы докладов 5-го Делегатского съезда ВОП, вып.5. Минск, 1977. - С.235-237.

23. Бурлакова JI.M., Анненко И.М. // Тез. докл. конф. Агрономического фак-та Алт. СХИ. Барнаул, 1966. - Ч. 2 - С. 9-11.

24. Бурлакова Л.М., Анненко И.М. // Тр. Алт. СХИ. 1967. - Вып. 12. - С. 53-65.

25. Бурлакова Л.М., Анненко И.М. // Тр. Алт. СХИ. Барнаул, 1968. -Вып. 14: Агрохимия и экономика. - С. 301-309.

26. Бурлакова Л.М., Антонова О.И., Деев Н.Г., Морковкин Г.Г. и др. Эко-токсиканты в системе "почвы-растения животные" (на примере отдельных зон Алтайского края): Монография. -Барнаул: Изд-во АГАУ, 2001. -236с.

27. Бурлакова Л.М., Рассыпнов В.А. Плодородие почв Алтайского края: Учебное пособие / Алт. СХИ.- Барнаул, 1990. — 81 с.

28. Бурлакова Л.М., Татаринцев Л.М., Рассыпнов В.А. Почвы Алтайского края: Учебное пособие /Алт.СХИ.— Барнаул, 1988.- 72 с.

29. Верниченко И.В., Верниченко Л.Ю., Муравин Э.А., Плешков Б.П. // Изв. Тимирязев, с.-х. акад. 1976. - №3. - С. 88-99.

30. Виноградов А.П. Биогеохимические провинции и их роль в органической эволюции.- Геохимия, 1963.- №3. С. 199-212.

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

32. Возбуцкая А.Е. Химия почвы М.: Высшая школа, 1968 - 427 с.

33. Воскресенская Н.П., Гришина Г.С. // Физиология растений. 1962. - Т. 9, вып. 1.-С. 7-15.

34. Воскресенская Н.П.//Докл. АН СССР 1951.- Т. 79.- С. 165-169

35. Временный максимальный допустимый уровень содержания некоторых химических элементов в корнях сельскохозяйственных растений. // Госагропром СССР. Главное управление ветеринарии.- М.: 1987. 12 с.

36. Гамзиков Г.П. Азот в земледелии Западной Сибири. М.: Наука, 1981. -267 с.

37. Гамзикова О.И. Состояние исследований в области генетики минерального питания. // Агрохимия. 1992. - №4. - С. 132-150.

38. Гармаш Г.А., Гармаш Н.Ю. Распределение тяжелых металлов по органам культурных растений // Агрохимия. — 1987. №5. - С. 40-45.

39. Герасимов И.П. Основные вопросы геоморфологии и палеографии Западно-Сибирской низменности. Изд-во АН СССР, Сер. геогр. и гео-физ. - 1940, №3. - С.785-800.

40. Глинка H.JI. Общая химия. Л.: Химия, 1982. - 719 с.

41. Григорьева Т.И., Храмова С.И. К вопросу о гигиенической оценке миграции свинца из почвы в растения. // Свинец в окружающей среде. Гигиенические аспекты. М., 1978. - С. 22-25.

42. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта с основами статистической обработки результатов исследований. — М.: Колос, 1979. 416 с.

43. Евдокимова Г.А. Действие меди и никеля на биологические процессы в подзолистой почве. // Тез. Докл. 8-го Всесоюз. Съезда почвоведов (1418 авг. 1989), Кн. 2.- Новосибирск. 1989.

44. Жежер А .Я., Жежер JI.B. // Бюл. науч.-тех. инф-ции Алт. НИИЗиС. -Барнаул, 1969.-Вып. 3. С. 31-33.

45. Занин Г.В. Геоморфология Алтайского края (без Горно-Алтайской АО). // Природное районирование Алтайского края. — М.: Изд-во АН СССР, 1958. -С.62-99.

46. Зборищук Ю.Н., Зырин Н.Г. Медь и цинк в пахотном слое почв Европейской части СССР.- Почвоведение №1, 1978. -С.38.

47. Зубкова В.М., Зубков Н.В., Кореннова И.Н. Влияние загрязнения почв тяжелыми металлами на урожай и качество некоторых культур в условиях Ярославской области // Тяжелые металлы и радионуклиды в агро-экосистемах. -М., 1994.-С. 104-109.

48. Ильин В.Б. Буферные свойства почвы и допустимый уровень ее загрязнения тяжелыми металлами // Агрохимия. 1997. - №11. - С. 65-70.

49. Ильин В.Б. О загрязнении тяжелыми металлами почв и сельскохоз. культур предприятием цветной металлургии // Агрохимия. 1990. -№3. - С.92-99.

50. Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растение. -Новосибирск: Наука, 1991.-151 с.

51. Ильин В.Б. Элементный химический состав растений . Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ие, 1985. - 129 с.

52. Ильин В.Б. Элементный химический состав растений. Новосибирск: Наука, 1985.- 129 с.

53. Ильин В.Б. Элементный химический состав растений. Факторы, его определяющие. // Изв. СО АН СССР, 1977. №10. Сер. Биол., вып. 2. -С. 3-14.

54. Ильин В.Б., Гармаш Г.А., Гармаш Н.Ю. Влияние тяжелых металлов на рост, развитие и урожайность сельскохозяйственных культур// Агрохимия. 1985. - №6. - С.90-100.

55. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Защитные возможности системы почва-растение при загрязнении почвы тяжелыми металлами. // Охрана природы. №i 1. м., 1980. - С.80-85.

56. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Относительные показатели загрязнения в системе почва-растение. // Почвоведение. 1979. - №11. - С.61-67.

57. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Тяжелые металлы защитные возможности почв и растений - урожай. // Химические элементы в системе почва-растение. - Новосибирск: Наука, 1982. - С. 73-92.

58. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. -М.: Мир, 1989.-436 с.

59. Кадмий: Экологические аспекты. // Совместное издание Программы ООН по окруж. Среде, Междунар. Орг-ции труда и Всемирной орг-ции здравоохранения., ВОЗ. Женева. - 1994. - 160с.

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

61. Кашин В.К., Иванов Г.М. Никель в почвах Забайкалья. // Почвоведение. 1985. - №10. - С. 1291-1298.

62. Ковалев Р.В., Панин П.С., Панфилов В.П., Селяков С.Н. Почвенно-мелиоративное районирование южной равнинной части Обь-Иртышского междуречья // Почвы Кулундинской степи. — Новосибирск: Наука, 1967. С. 5-77.

63. Ковалевский A.JI. Биогеохимия растений. — Новосибирск: Наука, 1991 -294 с.67

Информация о работе

Дьяконова, Ольга Владимировна
кандидата сельскохозяйственных наук
Барнаул, 2005
ВАК 06.01.04

Диссертация

Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение"

Содержание диссертации, кандидата сельскохозяйственных наук, Дьяконова, Ольга Владимировна

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение"

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Дьяконова, Ольга Владимировна

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Дьяконова, Ольга Владимировна, Барнаул

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Тяжелые металлы и минеральные формы азота в системе почва-растение
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия