Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ"

- ЗУУ/ё

На правах рукописи

БУШУЕВ Николай Николаевич

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В ОРГАНИЧЕСКОМ ВЕЩЕСТВЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВ ПРИ РАЗЛИЧНОМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ИСПОЛЬЗОВАНИИ

Специальность 03.00.27-почвоведение

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

)

Москва—2004

Диссертационная работа выполнена на кафедре почвоведения в Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Научный руководитель доктор биологических наук,

профессор А~И. Карпухин Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор Л.О. Карпачевский; кандидат биологических наук Х.Х. Сюняев Ведущая организация: Российский университет дружбы народов им П. Лумумбы

Защита диссертации состоится " 4* "еиЛ&ЗрьЯ- 2004 года в часов на заседании диссертационного совета Д 220 043 02 при Московской сельскохозяйственной академии им К А Тимирязева

Адрес 127550, Москва, Тимирязевская ул , 49, Ученый совет МСХА

С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ Л" <А

Автореферат разослан " 30 " 2004 г

О

Ученый секретарь Диссертационного совета

В ЕЬГоворнна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В современных условиях при изучении химического загрязнения почв возникает проблема нахождения естественных, обусловленных в основном природными факторами, уровней содержания тяжёлых металлов. В общем загрязнении доля тяжёлых металлов из источников антропогенного происхождения составляет 70-95%.

В настоящее время общепризнанно, что степень антропогенного воздействия невозможно оценить без детального анализа фонового состояния почв. Оценке фонового содержания тяжёлых металлов придаётся важное значение в международных программах по окружающей среде ЮНЕСКО и ЮНЕП. Особое значение приобретает фоновое содержание загрязнений на локальном уровне. Наиболее полным мониторинг состояния почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, будет при использовании системы показателей, позволяющих оценить загрязнение почвы, изменение свойств почвы под влиянием токсиканта и устойчивости почв к загрязнению. Определение всего комплекса показателей является длительным, трудоёмким и дорогостоящим. Целесообразным представляется выбор ограниченного ряда приоритетных показателей, которые объективно позволяют оценить химическое состояние почвы.

Большая часть тяжёлых металлов, поступивших в почву, закрепляется в гумусовых горизонтах. При этом они связываются органическим веществом с образованием как лабильных, так и нерастворимых органоминеральных координационных соединений. Определение состава, свойств и термодинамической устойчивости этих соединений актуально при определении подвижности в почве и доступности для растений тяжёлых металлов.

Один из подходов по проблеме санации почв основан на закреплении тяжёлых металлов в почвах при использовании реакции комплексообразования с гуминовыми кислотами. Особо актуальное значение приобретает решение этих проблем при фоновом мониторинге, агроэкологическом мониторинге на репер-ных участках, при разработке практических приёмов, связанных с рекультивацией и санацией почв, загрязнённых тяжёлыми металлами.

Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований является изучение фонового содержания тяжёлых металлов в почвах при различных вариантах сельскохозяйственного использования и влияние органического вещества на поведение этих токсикантов для агроэкологического мониторинга на реперных участках.

Для достижения поставленной цели диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Выбор минимально необходимого количества параметров для объективной оценки состояния тяжёлых металлов почвах.

2. Провести комплексную оценку состояния тяжелых металлов по валовому содержанию, активному загрязнению и защитным функциям почв

3 Изучить влияние на содержание ТМ различных вариантов сельскохозяйственного использования в длительных полевых опытах

4 Определить содержание ТМ в органическом веществе и их молеку-лярно-массовое распределение по группам и функциям

5 Изучить природу взаимодействия и прочность связи ТМ с гуминовы-ми кислотами изучаемых почв

6 Исследовать влияние гуминовых кислот и их молекулярно-массовых фракций на начальных стадиях роста и развития зерновых культур на загрязнённых почвах

Научная новизна. Исследовано содержание и формы ТМ в подзолистых и серых лесных почвах фоновых территорий, определено влияние вариантов сельскохозяйственного использования в длительных полевых опытах на состояние этих загрязнителей в изучаемых почвах, показана необходимость определения защитных свойств почв по отношению к ТМ Изучено содержание ТМ в органическом веществе и впервые с помощью систематизированной гелевой хроматографии установлена комплексная природа органо-минерапьных соединений кадмия и цинка с гуминовыми кислотами и определена их термодинамическая устойчивость Показано, что прочность связи кадмия и цинка с гуминовыми кислотами возрастает по мере увеличения молекулярных масс этих органических соединений При использовании системы гелей с взаимноперекры-вающимися пределами разделений проведено сравнительное изучение молеку-лярно-массового распределения цинка и кадмия в гуминовых кислотах подзолистых, дерново-подзолистых и тёмно-серых лесных почв

В микровегетационных опытах определено влияние ГК и их молекуляр-но-массовых фракций на рост и развитие зерновых культур в начальные фазы их развития на загрязненных тяжёлыми металлами почвах

Практическая значимость. Проведено сравнительное изучение содержания тяжелых металлов в подзолистых и серых лесных почвах фоновых территорий В длительных полевых опытах определено влияние различных вариантов сельскохозяйственного использования на состояние тяжелых металлов в изучаемых почвах Полученные резутьтаты могут быть использованы для целей фонового мониторинга и агроэкологического мониторинга на реперных участках, а также для прогностических расчетов показателей химического состояния тяжелых металлов в почвах Данные по изучению природы, состава и устойчивости органо-минерапьных соединений гуминовых кислот почв с ионами ТМ могут быть применены при разработке практических приемов, связанных с рекультивацией и санацией почв, загрязненных тяжёлыми металлами

Апробация работы. Результаты работы были доложены на двух конфе- • ренциях: молодых ученых и специалистов МСХА (декабрь 1999 г.), в Санкт-Петербурге (март 1999 г.) и на съезде почвоведов в Суздале (июль 2000 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликованы четыре работы, одна из них-на английском языке.

Объем работы. Диссертация изложена на 228 страницах, содержит 46 таблиц, 9 рисунков и приложения. Работа состоит из введения, обзора литературы, 3 глав экспериментальной части, выводов и списка использованной литературы. Список использованной литературы включает 330 наименований, в том числе 111-иностранных.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ Объекты исследований. Для проведения исследований были отобраны почвенные образцы в длительном полевом опыте ТСХА1, заложенном в 1912 г. под руководством акад. Д.Н. Прянишникова. Почва-дерново-среднеподзолистая, по гранулометрическому составу—легкий крупнопылевато-песчаный суглинок. Были взяты образцы из пахотного и подпахотного слоев (020 и 20-40 см) следующих вариантов опыта: 1.Контроль; 2. ЫРК; 3. Навоз; 4. ЫРК+навоз+известь

Для сравнения с предыдущим опытом была также исследована темно-серая лесная среднесутлинистая почва2, из таких же слоев (0-20, 20-40 см). Опыт расположен на опытном поле учхоза ТСХА "Дружба" Ярославской области в 8-польном полевом севообороте. Почвенные образцы отбирались из первого, второго и четвертого варианта (под ячменем): соответственно контроль, ЫРК, ИРК+навоз. Кроме того, для сравнения пахотных почв с почвами фоновых территорий были отобраны образцы почв на стационарах «Вербилки» и «Белый Раст». Для изучения миграции ТМ по рельефу и в профиле почв был произведен отбор образцов на территории учхоза «Дружба».

Методы исследований. Отбор проб почвы для анализов проводился в соответствии с требованиями к отбору почв при общих и локальных загрязнениях, изложенными в ГОСТ 17.4.3.01.-83, ГОСТ 17.4.4.02-84, ГОСТ 28168-89, а также в «Методических указаниях комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий» и «Методических указаний по прове-

1 Автор искренне благодарен профессору кафедры земледелия МСХА Сафонову А.Ф. за возможность работы с почвенными образцами с длительного полевого опыта Д.Н. Прянишникова.

2 Автор выражает искреннюю благодарность профессору кафедры агрохимии МСХА Дёмину В.А. за возможность отбора образцов почв на длительном полевом опыте и за содействие в исследованиях.

дению полевых и лабораторных исследований при контроле загрязнения окружающей среды металлами»

Содержание подвижных форм ТМ определялось в 1н НС1 и в ацетатно-аммонийном буферном растворе (рН=4,8), а валовых в 6н НС1 Определение тяжелых металлов проводили на атомно-абсорбционном спектрофотометре AAS-30, изготовленном в 1991 г на заводе фирмы Карл-Цейс-Йена в ГДР

Для построения графиков применялась программа Microsoft Excel Результаты исследований были обработаны по статистической программе STRAZ

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Содержание подвижных форм Cd, Zn и Со в поверхностном горизонте пахотной серой лесной почвы значительно выше, чем в аналогичном горизонте целинной серой лесной (табл 1) Накопление различных ТМ в верхнем горизонте пахотной почвы по сравнению с целинной происходит неодинаково Наиболее интенсивно накапливаются цинк (возрастание содержания в 1,64 раза), менее активно накопление кобальта, невелико возрастание содержания кадмия (на 10%)

Таблица 1

Содержание ТМ в серой тесной почве незагрязненных территорий (в mi/кг)

Горизонт и глубина, см Валовое содержание Содержание подвижных форм Коэффициент защитных свойств °о

Cd | Zn 1 Со Cd | Zn I Со Cd | Zn | Со

Целинная серая лесная среднесупинистая почва

А,3-18 0,64 73 7 12 0 0 30 6 8 3 8 53 1 90 8 68,6

А,А2 18-25 0,54 63 3 118 0,17 73 29 68 5 88 4 75 8

АгВ 25-35 0,52 73 3 14 4 0 17 7 4 23 67 3 89 9 84 4

В, 74-107 061 1144 17 6 0 20 8 9 25 67 2 92 2 86 0

ВС 107-157 0 62 93 9 12 5 0 29 12 9 Я 0 53 2 86 3 75 9

С 157-167 0 57 85 6 13 0 0,42 11 6 Я 7 26 3 86 5 71 2

Пахотная серая лесная среднесупинистая почва

Ап„ 0-24 0 57 127 6 17 7 0 33 11 2 42 42,1 91 2 76 1

Ah 24-36 0 62 1177 16 1 0 32 66 27 48,4 94 4 83 4

AiB 36-44 0 59 156 3 15 1 0 13 64 25 78 0 95 9 83 2

В, 44-73 0 68 144 7 14 7 0 11 80 33 83 8 94 5 77 4

В-73-117 0 67 126 9 16 8 0 19 62 2 1 71 6 95 1 87,7

ВС 117-152 0 53 108 9 25 0 0 20 75 62 62 3 93 1 75 2

С 152-162 0 60 103 7 13 0 0 41 12 3 42 31 7 88 2 67 5

НСР005 0 02 5 8 1 5 0 02 1 2 0 98 - - -

Наибольшее количество ТМ в профиле вышеуказанных почв наблюдается в поверхностном и иллювиальном горизонтах, а наименьшее-в горизонте А2В Увеличение содержания подвижных форм ГVI в пахотном горизонте се-

рой лесной почвы по сравнению с целинным А) объясняется внесением органи-

ческих и минеральных удобрений при выращивании с/х культур. В поверхностном горизонте пахотной серой лесной почвы отмечается также возрастание содержания валовых форм ТМ по сравнению с целинной. Наибольшие значения коэффициента защитных свойств в пахотных и целинных серых лесных почвах отмечены для цинка, а наименьшие — для кадмия, при этом Со, Си, N1 и РЬ занимают промежуточное положение.

Содержание цинка в подзолистых почвах по горизонтам сильно варьирует. В автоморфной подзолистой почве наибольшее содержание цинка наблюдается в горизонте А1А2, что говорит о высокой сорбционной способности гумусовых кислот подзолистой почвы. Вниз по профилю содержание цинка уменьшается, но некоторое увеличение происходит в иллювиальном горизонте. В подзолистой супесчаной глееватой почве содержание цинка в иллювиальных горизонтах увеличивается по сравнению с верхними горизонтами. Так, по сравнению с горизонтом А) А2 в горизонте В цинка содержится в 1,7 раз больше.

Таблица 2

Содержание валовых и подвижных форм Сс1 и 2л\ в подзолистых почвах (мг/кг).

Горизонт Валовое содержание Содержание подвижных форм Коэфф. защитных свойств К„ %

Сс1 | Ъп Сс1 | гп са | гп

Подзолистая супесчаная почва (Вербилки)

а,а2 0,42 41,27 0,30 17,67 29 57

а2 0,28 27,02 0,15 17,13 46 37

а2в 0,39 30,36 . 0,14 17,89 64 41

В 0,60 33,60 0,17 15,18 72 55

ВС 0,32 19,06 0,15 9,91 53 48

С 0,23 17,08 0,10 8,37 55 51

Подзолистая супесчаная глееватая почва (Вербилки)

а,а2 0,22 33,53 0,14 17,54 36 48

а2 0,20 17,37 0,11 9,55 45 45

а2в 0,26 51,22 0,16 18,09 38 65

В 0,30 55,55 0,12 19,08 60 66

ВС 0,23 49,39 0,12 15,57 48 68

С 0,17 47,33 0,09 15,86 47 66

НСРо.05 0,03 3,48 0,02 1,25 - -

В подзолистых почвах характер распределение кадмия по профилю сходно с распределением цинка. Однако, по всем горизонтам в подзолистой глееватой почве содержание кадмия немного ниже, чем в горизонтах автоморфной почвы. В данных почвах содержание кадмия и цинка не превышает ПДК и отмечается бимодальный характер распределения этих элементов в профиле почв: максимумы содержания зафиксированы в горизонтах А|А2и В.

В наших исследованиях также изучалось содержание различных форм ТМ в почвах на разных элементах рельефа. На серых лесных почвах было вы-

явлено увеличение содержания подвижных форм ТМ в отрицательных формах рельефа (днище низины) по сравнению с вершиной холма Так, например, содержание подвижных форм Сс1 увеличилось с 0,19 мг/кг почвы на вершине холма до 0,46 мг/кг на днище низины или в 2,42 раза Содержание подвижных форм 2п возрастало в 1,41 раза, Со - в 1,21 раза, Си - в 3,91 раза, N1-6 2,24 раза, а РЬ — в 1,28 раза В отношении валовых форм ТМ наблюдается иная закономерность содержание валового Сс1, Zn и Со заметно снижается вниз по рельефу Содержание валовых Си и N1 изменяется мало, а содержание валового РЬ практически одинаково на всех элементах рельефа

Для более глубокого изучения было определено содержание ТМ в органическом веществе почвы на различных элементах рельефа Содержание Zn в пирофосфатной вьггяжке увеличилось с 1,92 мг/кг почвы на вершине холма до 3,55 на днище низины или в 1,85 раза, Со-в 10 раз, Си-с 3 89 до 10 88 или в 2,8 раза, N1 с 0,6 до 5,37 или в 9 раз, РЬ в 1,2 раза В ГК серой лесной почвы (днище низины) содержание С<1 увеличилось в 4,8 раза по сравнению с ГК почвы, отобранной на вершине холма, 2л\ в 3,1 раза, Со-в 3 5 раза, Си-в 4 4 раза №-в 5 раз, РЬ-в 7,1 раза Следует отметить, что содержание изучаемых ТМ в органическом веществе и в ГК серой тесной почвы выше в отрицательных элементах рельефа, причем содержание ТМ в ГК повышается более заметно, чем в органическом веществе Это можно объяснить миграцией подвижных форм ТМ и их аккумуляцией в отрицательных элементах рельефа, при этом аккумулятивная способность неодинакова для различных элементов наиболее высока она у Сс1 и Си, и невелика у Со и РЬ При этом аккумуляция ТМ в отрицательных элементах рельефа происходит в значительной степени за счет гумусовых кислот почвы

При определении содержания валовых и подвижных форм ТМ в дерново-подзолистой легкосуглинистой почве опыта Прянишникова было отмечено высокое содержание валовых и подвижных форм кадмия в поверхностном слое всех вариантов опыта (табл 3) Применение навоза и минеральных удобрений не вызывает увеличения содержания валовых и подвижных форм кадмия в слое 0-20 см Также в контроле в слое 0-20 см отмечено более высокое содержание валовых форм тяжелых металлов по сравнению с вариантом ЫРК Это объясняется тем, что основным источником кадмия и других ТМ на опытном поле ТСХА являются атмосферные выпадения, а содержание кадмия в удобрениях, особенно минеральных, незначительно

Очень высокое содержание кадмия в пахотном слое варианта длительного совместного применения извести, навоза и ЫРК обусловлено процессом перехода поступающего в почву кадмия в карбонатную форму недоступную для растений Кроме того, в этом варианте наблюдается накопление подвижных форм 7.П, Со, Си, N1 и РЬ Возможно также попадание кадмия и других ТМ в

почву с загрязнёнными известковыми материалами. Длительное применение навоза приводит к возрастанию содержания валовых форм цинка и кобальта в пахотном слое, но на содержание подвижного Хп и Со оно не оказывает существенного влияния. Вместе с тем содержание валовых и подвижных форм кадмия достоверно снижается. Это объясняется тем, что при внесении навоза происходит уменьшение кислотности почвы и ТМ могут переходить в труднодоступные формы.

Таблица 3

Содержание валовых и подвижных форм ТМ в дерново-подзолистой почве (мг/кг).

Вариант опыта и глубина, см Валовое содержание Содержание подвижных форм Коэффициент защитных свойств, %

са гп Со са гп Со Сс1 гп Со

Контроль 0-20 1,08 66,7 6,6 0,91 20,1 2,4 15,7 69,9 63,8

20-40 0,10 38,8 5,0 0,015 13,0 1,9 85,0 66,6 61,9

ЫРК 0-20 0,31 51,4 5,8 0,21 17,6 2,5 32,3 65,8 57,6

20-40 0,05 44,7 4,8 0.02 16.0 2,2 60,0 64,2 54,3

Навоз 0-20 0,93 85,9 7,9 0,81 22.6 2.8 75,7 73,7 64,7

20-40 0,04 88,3 5,1 0,035 20,8 2,1 12,5 76,5 58.4

ЫРК+навоз +известь 0-20 3,15 94,8 9,1 2,79 24,0 3,1 11,4 74,7 65,8

20-40 0,05 55,3 5,2 0,03 14,9 2,4 40,0 73,2 54,9

НСРо,05 0,03 4,93 1,45 0,03 3,14 0,54 - - -

Содержание валовых форм кадмия и цинка оценивалось по методике Минсельхоза РФ(2002), а содержание подвижного кадмия и цинка, а также валового кобальта - по методике Важенина И.Г.(1984). В большинстве случаев в дерново-подзолистой почве содержание валового кадмия значительно ниже ПДК и эта почва может быть отнесена к первой группе. Однако в пахотном слое контроля и варианта с длительным совместным внесением ЫРК, навоза и извести содержание валового кадмия превышает ПДК. Содержание валовых форм цинка во всех вариантах опыта ниже ПДК и оно находится в пределах первой и второй группы. Содержание валовых форм кобальта во всех вариантах опыта не превышает фоновых значений, лишь в пахотном слое варианта с совместным внесением ЫРК, навоза и извести наблюдается небольшое превышение фонового уровня.

По содержанию подвижных форм кадмия в слое 0-20 см варианты контроль и навоз имеют превышение фона в 8-9 раз (по Важенину И.Г.), в том же слое варианта ЫРК зафиксировано превышение фона в 2 раза, а при совместном внесении ЫРК, навоза и извести отмечено содержание подвижного кадмия в 28 раз выше фонового. В пахотном слое в вариантах навоз, контроль и ЫРК+навоз+известь наблюдается превышение фонового содержания подвижного цинка более, чем в 2 раза, а в варианте ЫРК регистрируется превышение

фона в 1,5 раза Содержание подвижных форм кобальта во всех вариантах опыта находится на уровне фоновых значений, тишь в слое 0-20 см варианта ЫРК+навозч-известь отмечено превышение фона в 1,5 раза

Содержание валового кадмия во всех вариантах опыта на темно-серой лесной почве в несколько раз ниже ПДК и находится в пределах первой группы Также не превышает ПДК содержание валовых форм цинка, но если почва в варианте контроль относится к первой группе, то при использовании МРК и навоза почва попадает уже во вторую агроэкологическую группу Содержание валового кобальта во всех вариантах опыта как в слое 0-20 см, так и в слое 2040 см показывает превышение фона в 4 раза

Содержание подвижных форм кадмия в большинстве случаев немного выше фона В пахотном слое вариантов контроль и ЫРК отмечено превышение фона подвижными формами цинка в 2 раза, в то время как в слое 0-20 см варианта ЫРК+навоз содержание подвижного цинка превышает фон в 1,4 раза Во всех вариантах опыта также отмечено превышение фонового содержания подвижного кобальта в3-3,5 раза

Применение удобрений на дерново-подзолистой почве приводит к изменению коэффициента защитных свойств для Сс1, '¿п и Со по сравнению с контролем Так, например, в пахотном слое почвы использование ЫРК вызывает резкое увеличение данного показателя для Сё и некоторое снижение численных значений этого коэффициента для Zn и Со Применение навоза увеличивает этот показатечь для кадмия в 4,8 раза, однако его увеличение для цинка невелико, а для кобальта практически отсутствует Совместное применение МРК., навоза и извести снижает этот коэффициент для кадмия с 15,7 до 11,4%, при этом для цинка он возрастает с 69,9 до 74,7%, а для кобальта почти не изменяется При использовании различных систем удобрения наиболее сильно меняются показатели защитных свойств для Сс1, заметно для 2.п, а наибольшая стабильность отмечена для Со

Применение ЫРК на темно-серой чесной почве приводит к повышению содержания валовых форм Cd и Zn в слое 0-20 см почти в 2 раза, а на содержание кобальта практически не оказывает влияния (табл 4) Совместное длительное внесение ЫРК и навоза вызывает меньшее увеличение содержания валовых форм кадмия и цинка в том же горизонте, чем использование только минеральных удобрений Внесение ИРК и навоза не вызывают существенного изменения содержания валовых форм кобальта в счоях 0-20 и 20-40 см

При применении ИРК на темно-серой лесной почве отмечено возрастание содержания подвижных форм кадмия в слое 0-20 см, однако совместное использование минеральных удобрений и навоза не вызывает подобных последствий Внесение ЫРК не приводит к увеличению содержания подвижных форм

цинка в пахотном горизонте, а при совместном использовании ЫРК и навоза в слое 0-20 см наблюдается снижение содержания подвижного цинка на 30% по сравнению с контролем. На содержание подвижного кобальта в поверхностном слое применение навоза и ИРК существенного влияния не оказывает.

Таблица 4

Содержание валовых и подвижных форм ТМ в тёмно-серой лесной почве (мг/кг).

Вариант опыта и глубина, см Валовое содержание Содержание подвижных форм Коэффициент защитных свойств, %

СА гп Со са гп Со са гп Со

Контроль 0-20 0,15 93,7 31,3 0,12 20,0 7,2 20,0 78,6 76,9

20-40 0,12 110,8 29,6 0,10 24,9 6,1 16,7 77,6 79,4

ЫРК 0-20 0,29 176,0 34,3 0,15 20,5 6,8 48,3 88,4 80,2

20-40 0,10 99,6 28,4 0,05 27,3 6,5 50,0 72,6 77,2

ЫРК+навоз 0-20 0,24 157,3 28,7 0,13 14,0 6,3 45,8 91,1 78,0

20-40 0,33 84,0 27,3 0,18 29,7 5,9 45,5 64,7 78,3

НСРо.05 0,03 5,73 3,91 0,03 3,28 1,85 - - -

При сравнении дерново-подзолистой и тёмно-серой лесной почв следует обратить внимание на содержание валовых и подвижных форм изучаемых элементов. Так, например, в дерново-подзолистой почве содержание валовых и подвижных форм кадмия намного выше, чем в тёмно-серой лесной. Это можно объяснить техногенным загрязнением дерново-подзолистой почвы кадмием, в то время как на тёмно-серой лесной почве нет техногенных источников этого элемента. Тёмно-серая лесная почва превосходит дерново-подзолистую по содержанию валовых и подвижных форм цинка и кобальта, что объясняется различным количеством этих элементов в почвообразующих породах.

Рассмотренные выше системы удобрения неодинаково влияют на содержание Сс1, а и Со в дерново-подзолистой и тёмно-серой лесной почвах. На тёмно-серой лесной почве внесение ЫРК и навоза приводит к увеличению содержания валовых форм кадмия и цинка. Напротив, на дерново-подзолистой почве применение ЫРК вызывает снижение содержания валовых форм кадмия и цинка, а также подвижных форм кадмия. Однако при внесении навоза, также как и на тёмно-серой лесной почве, содержание валовых форм цинка возрастает. При длительном совместном внесении ЫРК, навоза и извести на дерново-подзолистой почве наблюдается увеличение содержания валовых и подвижных форм Сс1, 7.П и Со. Вместе с тем внесение ЫРК и навоза на обеих почвах практически не влияет на содержание валовых и подвижных форм кобальта.

В пахотном слое тёмно-серой лесной почвы наименьшие значения коэффициента защитных свойств для Сё, 2.п и Со отмечены в контроле. Применение ЫРК, а также совместное внесение ЫРК и навоза вызывают увеличение данного показателя этих ТМ. Наибольшее возрастание этого коэффициента по сравне-

нию с контролем наблюдается у кадмия, например в 2,4 раза в варианте ЫРК и в 2,3 раза в варианте ЫРК+навоз Менее выражено возрастание у цинка - на 1012% и оно невелико у кобальта Наиболее высокий показатель защитных свойств отмечается у цинка (до 91,1%), затем следуют Со и Сс1

В темно-серой лесной почве коэффициент защитных свойств для цинка и кобальта выше, чем в дерново-подзолистой В пахотном счое контрольного варианта этот коэффициент для кадмия примерно одинаков а в варианте ЫРК на дерново-подзолистой почве он ниже, чем в том же варианте на темно-серой лесной почве

При применении навоза и минеральных удобрений как на дерново-подзолистой, так и на темно-серой тесной почвах наблюдается увеличение коэффициента защитных свойств для кадмия Использование навоза на обеих почвах также приводит к увеличению этого показателя для 2п в пахотном слое, а внесение ЫРК ведет к различным последствиям на темно-серой лесной почве он возрастает, а на дерново-подзолистой снижается Различные системы удобрений слабо влияют на этот коэффициент Со в обеих почвах

Обработка почвы оказывает влияние на накопление кадмия, цинка и кобальта, но степень воздействия различных вариантов обработки неодинакова наиболее сильное влияние на распределение ТМ оказывает культивация, а влияние рыхления выражено меньше (табл 5) Различия между вариантами обработки почв обусчовлены механическим перемешиванием загрязненного верхнего стоя и перемещением илистой фракции в колонке

На темно-серой лесной почве проведение обработок приводит к изменению протяженности зоны насыщения для цинка и кобальта в варианте рыхление длина зоны сокращается с 6 до 4 см, а в варианте культивация ее длина для кобальта возрастает до 11 см На дерново-подзолистой почве проведение обработок и вносимый элемент не оказывают влияния на длину зоны насыщения При проведении обработок на темно-серой лесной почве зона размытия фронта в большинстве случаев увеличивается

Проведение обработок вызывает уменьшение Яг для всех элементов на дерново-подзолистой почве, в то время как на темно-серой лесной увеличивается Во всех случаях Яг на дерново-подзолистой почве выше аналогичного показателя в темно-серой лесной Увеличение глубины обработки на дерново-подзолистой почве способствует снижению содержания кадмия, цинка и кобальта На темно-серой лесной почве увеличение глубины обработки приводит к возрастанию содержания изучаемых этементов

Результаты модельного опыта показали что поведение ТМ зависит от типа почвы Темно-серая лесная почва имеет большую попотительную способность по отношению к изучаемым пементам (СГс1, Ъп. Со), чем дерново-

подзолистая. В поверхностных слоях тёмно-серой лесной почвы содержание

ТМ значительно выше, чем в тех же слоях дерново-подзолистой почвы.

Таблица 5

_Показатели распределения ТМ при различных вариантах обработки_

Показатели, см Вариант обработки почвы

Контроль Рыхление Культивация

Сё | Ъп | Со Сс1 | 2п | Со са | Тм | Со

Дерново-подзолистая легкосуглинистая почва

Зона насыщения 13 12 12 13 12 18 12 12 15

Зона размытия фронта >5* >6* >6* >5* >6* - >6* >6* >3*

Зона прохождения фронта 18 16 - 17,5 16 >18 14 16 17

Максимальное проникновение элемента >18* >18* >18* >18* >18* >18* >18* >18* >18*

IV* 0,3 0,267 - 0,292 0,267 >0,3 0,233 0,267 0,283

Тёмно-серая лесная среднесуглинистая почва

Зона насыщения 8 6 6 8 4 4 8 5 11

Зона размытия фронта 3 4 6,5 6 9 11 5 7 3

Зона прохождения фронта 9,5 7 8,25 11 7,5 8,5 10,5 6,5 11,5

Максимальное проникновение элемента 11 9 11,5 14 12 14 13 10 13

Кг** 0,158 0,117 0,138 0,183 0,125 0,142 0,175 0,108 0,192

•Высота слоя почвы в колонке составляла 18 см

♦»Расчет произведен по формуле: Иг= Х^-п/Хню, где Хэ^„-расстояние, пройденное фронтом элемента (Сс1, гп, Со), Хто~60 см-расстояние, пройденное растворителем (водой)

В глубинных слоях тёмно-серой лесной почвы содержание ТМ резко падает и к глубине 14-18 см приближается к фоновым значениям, а на аналогичной глубине в дерново-подзолистой почве содержание ТМ превышает фон в несколько раз. Это объясняется тем, что тёмно-серая лесная почва имеет более тяжелый механический состав и более высокое содержание гумуса, чем дерново-подзолистая. Наиболее велика аккумуляция цинка, особенно в первых сантиметрах. Содержание кобальта в большинстве случаев меньше, чем содержание цинка, но в некоторых вариантах отмечено более высокое накопление кобальта по сравнению с цинком. Аккумуляция кадмия в 4-10 раз меньше, чем цинка или кобальта, что вероятно связано с различным сродством ППК к поглощаемым элементам, а также с меньшим количеством внесенного кадмия.

Согласно данным микрополевого опыта, на подзолистых супесчаных почвах по сравнению с суглинистыми больше глубина проникновения ТМ, но меньше длина миграции и площадь загрязнения. Это связано с тем, что у супесчаных почв водопроницаемость выше, чем у суглинистых, поэтому растворы

ТМ на супесчаных подзолах мигрируют вглубь по профилю почвы, а на сугли-нистых-растекаются по поверхности, загрязняют большую площадь н ТМ обнаруживаются на значительном расстоянии от точки внесения

В результате исследований фракционного состава подвижных форм цинка было зафиксировано, что и в темно-серой лесной и в дерново-подзолистой почвах в вытяжки суммарно переходит примерно одинаковое количество этого элемента

Таблица 6

Формы соединений цинка в темно-серой десной и дерново-подзолистои почвах

Вариант и глубина отбора проб см Валовое содержание мг/кг Перешло в вытяжки мг/кг Относительное содержание фракций * %

1 1 2 | 3 | 4 | 5

Темно-серая лесная среднесупинистая почва

Контроль 0-20 93 66 19 85 02 | 35 18 15 32

20-40 110 78 23 12 03 31 20 11 38

0-20 176 04 18 33 0 49 27 12 12

20-40 99 58 26 58 0 I 48 9 8 35

ИРК+навоз 0-20 157 33 19 50 0 5 ) 35 6 14 45

20-40 83 97 22 16 03 1 35 8 9 48

Ошибка разности - - 2 1 9 6 3 8

Дерново-подзолистая легкосуглинистая почва

Контроль 0-20 66 93 19 38 05 53 25 10 12

20-40 39 30 11 05 0 61 27 7 5

1МРК 0-20 51 68 15 85 0 59 26 8 7

20-40 45 69 13 24 0 67 23 5 5

Навоз 0-20 86 85 19 11 03 55 21 14 10

20-40 1 90 22 17 65 02 69 18 7 6

КРК+навоз -•-известь 0-20 I 95 92 21 83 0 57 5 23 15

20-40 55 31 12 07 0 70 10 12 8

Ошибка разности - - 2 11 5 3 3

•Цифрами обозначены 1—водорастворимая фракция 2-обменная 3—специфически

обменная, 4—подвижная органическая 5—инертная органическая

В обеих почвах доля водорастворимых соединений очень мала (табл 6) Наиболее велико относительное содержание обменных форм соединений В темно-серой лесной почве оно в среднем по опыту составляет 40% для слоя 020 см и 38% для слоя 20-40 см Использование ЫРК на темно-серой лесной почве приводит к возрастанию доли обменных форм до 49% Значительна также доля специфически обменных форм В слое 0-20 см они составляют в среднем по опыту 17%, а в горизонте 20-40 см их количество уменьшается до 12% Применение минеральных удобрений вызывает увеличение доли специфически обменных форм в слое 0-20 см до 27%, а совместное использование \РК и навоза привело к снижению количества этих форм пинка до 6% В то же время

минеральная и органо-минеральная системы удобрения в слое 20-40 см приводят к заметному снижению содержания специфически обменных форм В отношении подвижных органических форм цинка вышеупомянутые системы удобрения серьезного влияния не оказывают При определении инертных органических форм было отмечено, что совместное применение навоза и МРК вызвало значительное увеличение доли этих форм

По сравнению с темно-серой лесной почвой в дерново-подзолистой почве относительное содержание обменных форм цинка выше на 16-29%, а тот же показатель подвижных органических и инертных органических ниже на 4-44% Совместное применение МРК, навоза и извести на дерново-подзолистой почве вызвало увеличение количества подвижных органических форм с 10 до 23% в слое 0-20 см

В органическом веществе дерново-подзолистой почвы содержание ТМ значительно меньше по сравнению с темно-серой лесной почвой, а кобальт в слое 20-40 см обнаруживается лишь в варианте с внесением навоза Применение МРК и навоза не вызвало существенного увеличения содержания Сё, 2л и Со в слое 0-20 см по сравнению с контролем Д-тигельное совместное внесение МРК, навоза и извести привело к значительному увеличению содержания вышеупомянутых ТМ в органическом веществе в спое 0-20 см

Содержание кадмия и цинка в гуминовых кислотах поверхностного слоя дерново-подзолистой почвы в несколько раз меньше, чем в гуминовых кислотах темно-серой тесной почвы (табл 7) Кроме того, в слое 20-40 см кадмий и цинк не обнаружены, а кобальт отсутствует в слоях 0-20 и 20-40 см во всех вариантах опыта Применение навоза, а также совместное внесение МРК, навоза и извести приводят к повышению содержания кадмия и цинка в гуминовых кислотах В варианте с внесением МРК наблюдается увеличение содержания кадмия, а содержание цинка практически не меняется

Содержание Сс1, ¿.п и Со в органическом веществе и в гуминовых кислотах дерново-подзолистой почвы относительно невелико по сравнению с содержанием валовых и подвижных форм этих элементов Например, содержание кобальта в органическом веществе изменяется от 0,04 до 0,11 мг/кг почвы, что составляет 0,69-1,21 % от валового содержания этого элемента Содержание цинка в органическом веществе выше чем кобальта и составляет 0,47—1,47 мг/кг почвы или 0 7-2,34% от валового количества цинка Содержание цинка в ГК находится в пределах 1,05-1,23 мг/кг или 1,34—2,03% от валового цинка Хотя абсолютное содержание кадмия в органическом веществе и в гуминовых кислотах невечико (О 04—0,12 мг/кг и 0,03-0 07 мг/кг соответственно), но относи-тезьное содержание намного выше, чем у кобальта и цинка Например, в пахотном слое варианта МРК содержание органического кадмия составляет 30%

от валового. Относительное содержание кадмия в гуминовых кислотах выше, чем у цинка и составляет от 2,24 до 16,6% от валового содержания этого элемента.

Таблица 7

Содержание ТМ в органическом веществе и в гуминовых кислотах дерново-

подзолистой и тёмно-серой лесной почв (мг/кг почвы)

Вариант опыта и глубина, см В органическом веществе В гуминовых кислотах

Сё | гп 1 Со са | Хп | Со

Дерново-подзолистая легкосуглинистая почва

Контроль 0-20 0,07 1,23 0,05 0,03 1,07 Следы

20-40 0,04 0,53 Следы Следы Следы Следы

ЫРК 0-20 0,09 1,21 0,04 0,05 1,05 Следы

20-40 0,05 0,47 Следы Следы Следы Следы

Навоз 0-20 0,08 1,35 0,06 0,05 1,16 Следы

20-40 0,06 0,64 0,04 Следы Следы Следы

ЫРК+навоз +из весть 0-20 0,12 1,47 0,11 0,07 1,23 Следы

20-40 0,04 0,33 Следы Следы Следы Следы

НСРо.05 0.02 0,17 0,02 0,02 0,05 -

Тёмно-серая лесная среднесуглинистая почва

Контроль 0-20 0,10 2,301 0,176 0,05 2,11 0,113

20-40 0,10 2,410 0,132 0,077 3,53 0,074

ЫРК 0-20 0,18 2,058 0,378 0,164 11,0 0,078

20-40 0,07 2,276 0,167 0,06 5,36 0,094

ЫРК+навоз 0-20 0,12 2,330 0,227 0,11 6,14 0,123

20-40 0,04 2,485 0,342 0,021 1,86 0,142

НСРо.05 0,02 0,34 0,03 0,02 0,34 0,03

Содержание кадмия в органическом веществе тёмно-серой лесной почвы составляет 0,04-0,18 мг/кг и в большинстве случаев оно выше, чем в органическом веществе дерново-подзолистой почвы. Содержание цинка и кобальта в органическом веществе темно-серой лесной почвы значительно выше, чем в дерново-подзолистой, и колеблется в пределах соответственно 2,06-2,49 мг/кг и 0,132-0,378 мг/кг почвы. Относительное содержание этих элементов в органическом веществе тёмно-серой лесной почвы невелико: для цинка оно составляет 1,17-2,96%, а для кобальта 0,45-1,10% от валового содержания. Однако относительное содержание кадмия является очень высоким. В пахотном слое варианта контроль в органическом веществе содержится 67% от валового содержания кадмия, а при использовании №К этот показатель снижается до 62%. Совместное применение ЫРК и навоза приводит к снижению содержания кадмия в органическом веществе слоя 0-20 см до 50% от валового количества этого элемента.

Внесение минеральных удобрений вызывает повышение содержания кадмия и кобальта в органическом веществе поверхностного слоя тёмно-серой

лесной почвы Совместное применение МРК и навоза не приводит к увеличению содержания кадмия и цинка в органическом веществе почв стоя 0-20 см но содержание кобальта возрастает в 1,3 раза

Большая часть ТМ, содержащихся в органическом веществе темно-серой почвы, связана с гуминовыми кислотами, при этом содержание кадмия в ГК составляет до 64% от валового количества, а содержание цинка и особенно кобальта в ГК невечико

Применение минеральных удобрений и навоза приводит к возрастанию содержания С<1 и 2.П в ГК темно-серой лесной почвы При внесении ГчРК содержание кадмия в ГК поверхностного слоя увеличивается в 3 раза, цинка-в 5 раз, но содержание кобальта снижается в 1,5 раза При совместном использовании ЫРК и навоза в том же горизонте отмечено повышение содержания кадмия в 2 раза, а цинка-в 3 раза по сравнению с контролем, однако содержание кобальта в ГК увеличилось незначительно В слое 20-40 см в большинстве стуча-ев наблюдается снижение содержания ТМ в ГК по сравнению с горизонтом 020 см, что связано с уменьшением содержания ГК в почве

Таким образом, содержание ТМ в органическом веществе и гуминовых кислотах пахотного горизонта темно-серой тесной почвы значительно выше, чем в вытяжках из аналогичного горизонта дерново-подзолистой почвы В подпахотном слое разница в содержании ТМ в органическом веществе на этих почвах возрастает в несколько раз В то же время в ГК слоя 20-40 см на дерново-подзолистой почве зафиксированы лишь следовые количества кадмия и

| о 8

с 1

я о б

о

0.2

1 О

1 2

ДО <

Элюацианныи обьйм ип

50

■ оптическая платность РК

-.— Сидвржаниа СО мг/п

—■—Содержании мг/л

Рис 1 Выходные ир и и 1.1 г О (1. Т.п. и ГКна колонке с СЗ 10

цинка, что, вероятно, связано с незначительным содержанием ГК в этом слое. Кобальт в ГК дерново-подзолистой почвы во всех вариантах опыта и горизонтах почвы обнаруживается лишь в следовых количествах. Возможно, это связано с относительно невысоким содержанием кобальта в органическом веществе.

Применение минеральных удобрений на тёмно-серой лесной почве приводит к значительному росту содержания ТМ в органическом веществе и ГК в пахотном горизонте, в то время как использование ЫРК на дерново-подзолистой почве вызывает лишь незначительное повышение содержания ТМ в органическом веществе и ГК. Внесение навоза на дерново-подзолистой почве отражается лишь на содержании цинка в ГК, но совместное применение ЫРК, навоза и извести приводит к возрастанию содержания ТМ в органическом веществе и ГК. На тёмно-серой лесной почве при совместном внесении ЫРК и навоза в большинстве случаев отмечено резкое увеличение содержания ТМ в органическом веществе и особенно в ГК.

Наши экспериментальные данные свидетельствуют об относительно низком содержании органических форм цинка, а также об относительно небольшом содержании кадмия, связанного с органическим веществом, в дерново-подзолистой почве и значительно более высоком в тёмно-серой лесной почве. По-видимому, это обусловлено с различной способностью органического вещества этих почв к взаимодействию с кадмием.

Использование гелевой фильтрации на сефадексе О-10 позволило показать комплексную природу органоминеральных соединений кадмия и цинка с гуминовыми кислотами (рис. 1). э.о4-

оя •

I 2.0--

0.6- -

элюационный объем, мл

■ оптическая плотность ГКдерноео.подзолистой почвы —а—Содержание С й, мг/л —■—Содержание ¿п. мг/л

Рис. 2. Выходные кривые С<1. 2л м ГТК в колонке с гелем Ст-150.

При изучении молекулярно-массового распределения ТМ в гуминовых кислотах методом систематизированной гель-хроматографии (рис. 1-2) было выделено три фракции ГК и, кроме того, выявлено, что в тёмно-серой лесной

почве содержание высокомолекулярной фракции ГК (ММ> 150000) в 2-3 раза выше, чем в подзолистых почвах В гуминовых кислотах темно-серой лесной почвы относительное содержание второй и третьей фракций ГК выше, а первой фракции ниже, чем в подзолистых почвах

Наибольшее накопление кадмия и цинка в ГК отмечено в тёмно-серой лесной почве, а наименьшее -в подзолистых супесчаных и суглинистых почвах, что связано с различной долей высокомолекулярной фракции ГК (табл 8) Во всех изученных почвах максимальное содержание этих элементов зафиксировано в высокомочекулярной 3-ей фракции ГК, а в относительно низкомолекулярной 1-ой фракции ГК их содержание в несколько раз ниже Следует также отметить, что содержание цинка в ГК всех исследованных почв значительно выше, чем содержание кадмия

Таблица 8

Содержание ТМ в гуминовых кислотах различных почв_

Эле- Содержание ТМ (числитечь-мг/г ГК знаменатель^ чг/г С)

мент Фракции Смесь фрак-

1 (ММ—2-3 тыс ) 2 (ММ=50-70 тыс ) | 3 (ММ>150тыс) ций

Подзолистая супесчаная почва

Кадмий 1 05/1 81 1 41/2 43 3 47/5 98 2 34/4 03

Цинк 1 87/3 22 2 73/4 71 6 39/И 02 2 78/4 79

Подзолистая супесчаная пееватая почва

Кадмий 0 90/1 55 1 21/2,09 3 15/5 43 1 78/3 07

Цинк 2 85'4,91 4 85/8 36 | 8 17/14 09 4 92/8 48

Подзолистая 1_реднесупинистая почва

Кадмий 1 37/2 36 2 53/4 36 4 78/8 24 2 57/4 43

Цинк 3 24/5 59 5 98/10 31 10 46/18 03 5 83/10 05

Подзолистая среднесупинистая грунтово-пееватая почва

Кадмий 1 43/2 47 2 67/4 60 5 83/10 05 2 71/4 67

Цинк 3 41/5 88 6 57/11 33 13 81/23 81 6 42/11 07

Подзолистая пеевая почва

Кадмий Я 14/5 41 6 24/10 76 11,43/19 71 6 03/10 40

Цинк 9 23/15 91 16 "3/28 16 30 52'52 62 17 21/29 67

Дерново-подзолистая чегкосутлицистая почва

Кадмии * 21/5 53 6 58/11,34 15 83/27,29 6 27/10 81

Цинк 10 18/17 55 17 46/30 10 42 31/72 95 18 52/31.93

Темно-серая тесная среднесупинистая почва

Кадмий 6 07/14 47 18 67/32 19 32 51/56,05 20 99/36 19

Цинк 19 23/33 15 49 33/102 27 129 37/223 05 61 72/106 42

Для оценки термодинамической устойчивости комплексов ТМ с гумино-выми кислотами был использован метод конкурирующих реакций в сочетании с гечевой фильтрацией Наименее устойчивы соединения кадмия и цинка с первой фракцией ГК (рК от 3,30 до 7 26) особенно в подзолистых супесчаных почвах Соединения этих элементов со второй фракцией ГК значительно более ус-

тойчивее (рК от 4,33 до16,38), чем с первой (табл. 9). Самой высокой устойчивостью обладают комплексы кадмия и цинка с третьей фракцией ГК (рК=16,18-18,39). Во всех почвах устойчивость комплексов кадмия и цинка с ГК увеличивается с возрастанием молекулярной массы гуминовой кислоты. Кадмийорга-нические соединения менее устойчивы, чем комплексы цинка с ГК, что подтверждает имеющиеся литературные данные. Однако на подзолистых супесчаных почвах соединения цинка с первой фракцией гуминовых кислот значитель-

но менее устойчивы, чем аналогичные соединения кадмия.

Таблица 9

Термодинамическая устойчивость соединений Сс1 и Ъъ. с ГК в различных почвах.

Фракция ГК Кадмий Цинк

№ ММ К„ комплекса са-гк рК К„ комплекса Хп- гк рК

Подзолистая супесчаная почва (Вербилки)

1 2042 2,07*10"4 3,68 5,06*10"4 3,30

2 39811 4,72* 10"5 4,33 6.38*10" 5,20

3 >150000 6,63*10" 16,18 1,59*10" 16,80

Подзолистая супесчаная глееватая почва (Вербилки)

1 2188 1,47* 10"4 3,83 2,84*10"4 3,55

2 44668 3,15*10"5 4,50 2,51*10" 5,60

3 >150000 4,84*10" 16,32 1,14*10" 16,94

Подзолистая среднесуглинисгая почва (Белый Раст)

1 2512 1,06*10"4 3,97 7,74*10° 4,11

2 51286 1,34*10° 5,87 8,75* 10"» 7,06

3 >150000 2,52*10" 16,60 7,3* 10"'" 17,14

Дерново-подзолисгая легкосуглинистая почва (ТСХА)

1 2692 2,25* Ю"5 4,65 1,32*10"6 5,88

2 56234 1,02*10-" 14,99 8,09*10" 16,09

3 >150000 9,28* Ю-1" 17,03 3,63*10" 17,44

Тёмно-серая лесная среднесуглинистая почва (учхоз «Дружба»)

1 3126 1,87* Ю"" 5,73 5,49*10" 7,26

2 69984 2,88* 101" 15,54 4,19*10"" 16,38

3 >150000 2,26*10-" 17,66 4,06*10-"' 18.39

Для оценки способности гуминовых кислот и их фракций к санации за-

грязнённых тяжёлыми металлами почв были проведены микровегетационные опыты с проростками зерновых культур. Даже малые дозы ГК оказывают нейтрализующее действие на почвах, загрязненных высокими дозами цинка (табл. 10). Например, при внесении на загрязнённую цинком дерново-подзолистую почву гуминовых кислот в дозе 0,001% длина проростков увеличивается с 1,43 до 5,23 см или в 3,7 раза, количество корней с 1,95 до 2,86, суммарная длина корней с 6,52 до 13,77 см или в 2,1 раза, а всхожесть возросла с 12,2 до 75% или в 6,1 раза. На тёмно-серой лесной почве при внесении той же дозы ГК длина

проростков возрастает в 2,1 раза, количество корней в 2,7 раза, а всхожесть увеличилась в 13,6 раза, что больше, чем на дерново-подзолистой почве

Таблица 10

Влияние ГК и их фракций на показатели роста зерновых кутьтур на загрязненных

цинком почвах

Вариант Всхожесть, % Кол-во корней Суммарн длина корней см Длина проростков см Сырая масса, г Сухая масса, г

Дерново-подзолистая почва

Контро !Ь 80 4 39 29 26 9 17 3 65 0 95

/п 2000 мг/кг 12 2 I 95 6 52 1 43 0 14 0 04

Хп+ 0 001% ГК 75 2 86 13 77 5 23 1 66 0 43

гп +0 01% ПС 83 3 48 18 95 7 48 2 32 0 62

/п Ю 1% ГК 94 4 52 28 43 9 87 4 88 1 25

Дерново-подзотистая почва (7п 2000 мг/кг + 0 001% фракции ГК)

Фракция 1 63 2 12 9 78 3 21 0 97 0 27

Фракция 2 72 2 69 12 М 5 16 1 50 041

Фракция 3 1 98 4 63 35 48 9 58 3 87 0 94

Счесьи+2->-Т) | 75 2 86 13 77 5 23 1 62 0 43

Тёмно-серая лесная почва

Контроль 57 5 40 17 01 6 7 1 30 0 26

гп 2000 мг/кг 53 1 17 4 35 231 0 04 001

гп+0001%ГК| 72 3 15 11,18 4 96 1 03 0 26

/.п +0 01% ГК 1 81 3 69 15 73 6 03 1 63 0 42

7п +0 1%ГК I 93 421 19 14 7 59 2 27 0 57

Гемно-серая тесная почва (7п 2000 мг/кг 0 001% фракции ПО

Фракция 1 60 2 28 6 93 3 62 0 62 0 15

Фракция 2 66 2 95 9 87 4 81 0 88 0 22

Фракция ^ 97 421 25 34 8 73 2 57 0 63

Счесь( 1+2+3) 72 3 15 11,18 4 96 1 26 0 32

НСР0„< - 04 23 1 05 0 17 0 04

По мере увеличения вносимой дозы ГК показатели роста и развития растений улучшаются возрастают всхожесть, количество и суммарная длина корней, длина проростков, сырая и сухая масса растений При дозе внесения ГК 0,1% на дерново-подзолистой и тёмно-серой лесной почвах отмечается приближение численных значений показателей роста и развития растений к контрольным, а в ряде случаев даже зафиксировано некоторое превышение контрольных показателей

Гуминовые кислоты оказывают положительное влияние и при загрязнении кадмием На дерново-подзолистой почве при внесении ГК в дозе 0,001% количество листьев увеличивается в 1,5 раза, длина проростков в 5 раз, количество корней на 26%, суммарная длина корней—в 6 2 раза, сырая масса возрастает в 2,5 раза а сухая- в 2,2 раза (таол 11)

Таблица 11

Влияние ГК и их фракций на показатели роста зерновых культур на загрязнённых _кадмием почвах._ _

Вариант Вех оже сть, % Фаза развития (кол-во листьев) Длина проростков, см Кол-во корней Суммарная длина корней, см Сырая масса, г Сухая масса, г

Дерново-подзолистая почва

Контроль 94 1,87 12,2 3,6 26,5 0,69 0,18

С(1 100 мг/кг 94 1,06 1,5 2,3 2,3 0,15 0,05

С<1+0,001% ГК 100 1,55 7,6 2,9 14,3 0,37 0,11

Сс1+0,01% ГК 100 1,67 11,3 3,3 23,7 0,48 0,14

са+о,1%гк 100 1,83 14,5 3,5 27,1 _0,65 0,17

Дерново-подзолистая почва (Сё 100 мг/кг + 0,001% фракции ГК)

Фракция 1 100 1,31 3,8 2,8 9,7 0,25 0,08

Фракция 2 100 1,52 7,9 3,1 15,2 0,40 0,12

Фракция 3 100 2,05 14,5 3,3 27,0 0,74 0,19

Смесь (1+2+3) 100 1,57 7,7 3,0 14,7 0,38 0,12

Тёмно-серая лесная почва

Контроль 100 1,95 21,2 3,7 31,7 0,82 0,20

са 100 мг/кг 83 1,00 2,3 2,6 4,4 0,31 0,08

са+о,оо1% гк 100 1,51 15,7 3,2 18,6 0,62 0,14

СсЖШ% ГК 100 1,73 18,9 3,5 25,3 0,74 0,18

са+о,1% гк 100 1,93 21,8 3,6 33,8 0,85 0,22

Тёмно-серая лесная почва (Сс1100 мг/кг + 0,001% фракции ГК)

Фракция 1 100 1,24 9,7 2,8 12,3 0,49 0,12

Фракция 2 100 1,50 16,2 3,1 12,7 0,65 0,15

Фракция 3 100 1,79 20,8 3,5 28,5 0,78 0,19

Смесь (1+2+3) 100 1,53 16.0 3.2 19,2 0,63 0,15

НСР„„5 - - 1,3 0,32 2,4 0,05 0,02

На тёмно-серой лесной почве по сравнению с дерново-подзолистой при

внесении той же дозы ГК увеличение длины проростков более значительно- в 6,8 раз, но суммарная длина корней возрастает меньше- в 4,2 раза. Также менее значительно возрастание сырой и сухой массы соответственно. При увеличении дозы внесения ГК происходит улучшение показателей роста и развития зерновых культур. При дозе внесения ГК 0,1% так же, как и при загрязнении цинком наблюдается возрастание исследуемых показателей до уровня контрольных.

Для исследования действия фракций различной молекулярной массы в почву вносились растворы препаратов фракций ГК из расчета 0,001% от массы почвы. Молекулярные массы ГК составляли: для фракции 1—3126, для фракции 2-70000, для фракции 3-более 150000.

При загрязнении почв цинком наибольший стимулирующий эффект оказывает высокомолекулярная фракция 3, причем суммарная длина корней и

всхожесть значительно выше контрольных показателей как на дерново-подзолистой, так и на темно-серой лесной почве Кроме того, на темно-серой лесной почве отмечено достоверное превышение длины проростков над контролем Наименьшей стимулирующей способностью обладает низкомолекулярная фракция 1, но показатели роста и развития растений заметно возрастают, особенно всхожесть семян Фракция 2 со средними молекулярными массами оказывает приблизительно такое же влияние на показатели роста и развития растений, как и смесь фракций

При загрязнении исследуемых почв кадмием фракции ГК неодинаково влияют на показатели роста и развития растений Так же, как и в случае цинкового загрязнения, зафиксировано максимальное стимулирующее воздействие фракции 3 и наименьшее- фракции 1, однако превышения контрольных показателей не наблюдалось

ВЫВОДЫ

1 Сравнительное изучение содержания тяжелых металлов в подзолистых и серых лесных почвах фоновых территорий показало бимодальное распределение за счет двух максимумов в гумусовом и иллювиальном горизонтах Увеличение их содержания в гумусовом горизонте обустовлено пурификационной функцией органических веществ Наибольшие значения коэффициента защитных свойств в пахотных и целинных серых лесных почвах отмечены у цинка, а наименьшие — у кадмия, при этом Со, Си, N1 и РЬ занимают промежуточное положение

2 Моделирование в природных устовиях позволило установить, что при внесении растворов тяжелых металлов на почвах тяжёлого гранулометрического состава происходит преимущественное распределение Сс1, 2.т\ и Со по поверхности почвы, а на легких почвах ТМ проникают в почву и преимущественно закрепляются в верхнем горизонте Среди изучаемых элементов наибольшей подвижностью обладает кобальт, за ним следует кадмий, а наименьшей миграционной способностью обладает цинк

3 Сравнительное рассмотрение содержания тяжёлых металлов в образцах почв с длительных полевых опытов и различных вариантов сельскохозяйственного использования выявило, что во всех изучаемых почвах максимальное содержание Сс1, и Со обнаружено в пахотных горизонтах, что позволяет считать этот горизонт важным сорбционным барьером для ТМ, в первую очередь за счет гумусовых веществ Применение навоза и ЫРК на дерново-подзолистой почве не привело к увеличению содержания ТМ, а на тёмно-серых лесных почвах наблюдается достоверное уветичение содержания СсЗ и Ъп при внесении ЫРК и навоза Длительное совместное внесение ЫРК, навоза и извести приво-

дит к значительному повышению содержания Сс1 и Хп в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы. Применение ЫРК и навоза как на дерново-подзолистой, так и на тёмно-серой лесной почве приводит к увеличению коэффициента защитных свойств для кадмия. Использование навоза вызвало возрастание этого коэффициента для цинка на обеих почвах, а внесение ЫРК привело к различным последствиям: коэффициент защитных свойств на тёмно-серой лесной почве увеличивается, а на дерново-подзолистой снижается. Применение ЫРК и навоза на обеих почвах слабо влияло на показатель защитных свойств для кобальта.

4. Глубина обработки почв активно влияет на послойное распределение тяжёлых металлов в пахотном горизонте изучаемых почв, так на тёмно-серой лесной почве проведение обработок приводит к изменению протяжённости зоны насыщения для 7л и Со: в варианте рыхление длина зоны сокращается с 6 до 4 см, а в варианте культивация её длина для кобальта возрастает до 11 см. Проведение обработок вызывает уменьшение Яг для всех элементов и снижение их содержания в дерново-подзолистой почве, в то время как на тёмно-серой лесной эти показатели увеличиваются.

5. Совместное применение ЫРК и навоза на тёмно-серой лесной почве привело к увеличению доли инертных органических с 32-38% до 45-48% и снижению содержания специфически обменных форм цинка с 18-20% до 6-8%. Внесение ЫРК на тёмно-серой лесной почве вызвало увеличение относительного содержания обменных форм с 31-35% до 48-49% и специфически обменных форм цинка с 18% до 27% в слое 0-20 см. Длительное совместное применение ЫРК, навоза и извести на дерново-подзолистой почве способствовало возрастанию содержания подвижных органических форм цинка с 7-10% до 12-23%.

6. Определение группового и фракционного состава гумуса показало, что общее содержание Сс1 и Ъп в органическом веществе и в гуминовых кислотах дерново-подзолистой почвы ниже, чем в тёмно-серой лесной почве. Совместное использование ЫРК, навоза и извести на дерново-подзолистой почве и ЫРК и навоза на тёмно-серой лесной почве приводит к увеличению содержания ТМ как в органическом веществе, так и в гуминовых кислотах.

7. Применение систематизированной гелевой хроматографии позволило установить сложный молекулярно-массовый состав гуминовых кислот. Молекулярные массы всех фракций ГК дерново-подзолистой и тёмно-серой лесной почв значительно превышают ММ аналогичных фракций, выделенных из подзолистых почв. При этом обнаружено большее накопление кадмия и цинка (от 3 до 30 раз) в гуминовых кислотах тёмно-серой лесной почвы по сравнению с подзолистыми почвами и повышенное сорбционное сродство гуминовых кислот к цинку по сравнению с кадмием.

8 Использование гелевой фильтрации на сефадексе G-10 позволило показать комплексную природу органо-минеральных соединений кадмия и цинка с гуминовыми кислотами

9 С помощью метода конкурирующих реакций в сочетании с гелевой хроматографией выявлена большая термодинамическая устойчивость комплексов гуминовых кислот с цинком по сравнению с кадмием При этом прочность связи Cd и Zn с органическими лигандами гуминовых кислот, выделенных из темно-серой лесной и дерново-подзолистой почв, значительно выше, чем комплексов из подзолистых почв, и она возрастает с увеличением молекулярных масс исходных фракций гуминовых кислот

10 В микровегетационных опытах установлено положительное влияние гуминовых кислот на рост зерновых культур на ранних стадиях их развития в почвах, загрязненных тяжелыми металлами При увеличении концентрации гуминовых кислот от 0,001 до 0,1% эффективность действия возрастает, что может быть использовано при санации почв, загрязненных кадмием и цинком Способность гуминовых кислот к санации почв резко возрастает с увеличением молекулярных масс (с 3126 до 150000) исходных фракций за счет их комплек-сообразующей способности и повышенного сорбционного сродства к ТМ

По материалам диссертации опубликованы следующие работы

1 Бушуев H H , Эль-Амин Б Содержание и формы тяжелых металлов в серых лесных и дерново-подзолистых почвах// Тезисы докладов Докучаевских молодежных чтений'99 «Почва Экология Общество »-С Петербург, 1999—с 198-199

2 Бушуев H H , Эль-Амин Б Влияние рельефа и применения удобрений на содержание тяжелых металлов в дерново-подзолистых и серых лесных поч-вахЛВНИИТЭИАгропрома № 116/25 ВС-99-БД ВНИИТЭИАгропром-1999-Вып 4 2

3 Карпухин А И, Бушуев H H Влияние применения органических и минеральных удобрений и рельефа на содержание Cd, Zn, Со, Cu, Pb в серых лесных почвах//Тезисы докладов III съезда Докучаевского общества почвоведов (11-15 июля 2000 г, Суздаль)-М Почвенный институт им В В Докучаева РАСХН, 2000 -Кн 1 -с 258

4 Karpukhin А I, El-Amin В , Bushuev \ N System examination of complex compounds of heavy metals with soil organic substances Опубликовано в сборнике 10-го международного съезда Международного общества гумусовых веществ (10th International Meeting of the International Humus Substances Society) в Тулузе (Франция) -2000

Работа по изданию выполнена в редакционно-издательском секторе внииа

Лицензия на издательскую деятельность ЛР 040919 от 07.10.98 Лицензия на полиграфическую деятельность ПЛД К» 53-468 от 13.08.99 Подписано в печать: 26.06.2004 Формат 60x84/16 Заказ К» 11

Усл. печ. л. 1,5 Тираж 100

127550, Москва, ул. Прянишникова, 31 А