Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ: ПОЧВА — РАСТЕНИЕ — УДОБРЕНИЕ

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ: ПОЧВА — РАСТЕНИЕ — УДОБРЕНИЕ"

На правах рукописи

ОВЧЛРЕНКО Михаил Михайлович

/

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ: ПОЧВА — РАСТЕНИЕ — УДОБРЕНИЕ

Специальность: 06.01.04—Агрохимия

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

МОСКВА 2000

Работа выполнена -О* ^ ,Л/Г1«. научно-исследовательском институте удобри ' " |, -гения имени Д.Н. Прянишникова (ВИУА) Л ' ^-исследовательском и проектно-технологическом/.^ - химизации сельского хозяйства (ВНИПТИХИМ) в 1987^-2000 г.

Научный консультант: доктор сельскохозяйственных наук, профессор И.А. Шнльннков.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук, академик РАСХН, профессор В.Г. Минеев; доктор сельскохозяйственных наук В.И. Панаснн; доктор сельскохозяйственных наук Н.В. Войтович.

Ведущая организация —Владимирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства.

Защита состоится 31 мая 2000 г. в 14 ч на заседании диссертационного совета Д 120.05.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте информатизации агрономии и экологии (143013, Московская область, Одинцовский район, Немчинов-ка-1, ул. Агрохимиков, 6).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИ «Аг-роэкоинформ» по адресу: 143013, Московская область, Одинцовский район, Немчиновка-1, ул. Агрохимиков, 6.

Автореферат разослан « » 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А. С. Мерзл икнн

Общая характеристика работ

Актуальность. Проблема тяжелых металлов стала насущной задачей общества но охране окружающей среды и требует к себе внимания ученых, практикой сельскохозяйственного производства и работников промышленности.

Разработка научно-обоснованных приемов лстоксикаиии тяжелых мети.шов при различных уровнях зафязнения ими почв актуальны и необходимы для веления устойчивого земледелия на загрязненных почвах, получения чистой растениеводческой продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим требованиям, предупреждения дальнейшего распространения загрязнителей через почву, растения, трутовые поды, предотвращения отравления живот««лчеловека и разработки нормативов предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в почвах.

В настоящее время эта задача является социальной, экономической, около-го-агрохимической. : . ,

Опасными являются высокие концентрации в почве тяжелых металлов: Н$, РЬ, СУ, 2х\, Си, Сг, N1 и Аб, их фктотокснчность н избыточное накопление в растениеводческой продукции. Кроме того, постоянное потребление растительной продукции, выращенной на почвах с низким уровнем загрязнения тяжелыми металлами может приводить к кумулятивному эффекту, т.е. постепенному увеличению содержания тяжелых металлов в живом организме.

К факторам, загрязняющим окружающую среду, часто откосят химизацию земледелия, в частности, применение в первую очередь минеральных, а также известковых и органических удобрений. Современное земледелие без применения удобрений, обеспечивающих около 50 % урожая, немыслимо. Альтернативы их применению нет и, в обозримой перспективе, не будет. Хотя удобрения, как источник питания растений и фактор урожайности, изучаются много десятков лет, значение их, как фактора, влияющего на.содержание тяжелых металл ой & почве и растениях, изучена совершенно недостаточно и является

волы. С другой стороны, удобрения, активно из меняя агрохимические свойства почвы (реакцию среды, содержание гумуса, концентрацию и ионный состав почвенного раствора, соотношение катионов и содержание питательных элементов), влияют на подвижность тяжелых металлов в почве н нотешшдльнум опасность загрязнения ими растительной продукции и грунтовых вол. Следовательно, применение удобрений может стать важнейшим фактором деток с и-кации загрязненных тяжелыми металлами почв.

До настоящего времени еше недостаточно изучен химизм тяжелых металлов по их закреплению и мало накоплено экспсриментального материала для разработки научных основ детоксикацин ТМ в загрязненных почвах, растительной продукции, грунтовых водах 8 условиях различной степени кислочшили почв и интенсивности применения минеральных, известковых и органических удобрений.

Цель и задач» исследований. Целью исследований являлось: разработка научно-обоснованных' приемов лето кс и кации тяжелых металлов для загрязненных почв, оценка основных видов удобрений на количественное содержание ТМ и установление доз н видов мелиорантов, обеспечивающих снижение фи-тотоксичности растений и накопления в них ТМ в системе: почва-растение. И в связи с этим необходимо было решить следующие задачи:

1.Изучить трансформацию тяжелых металлов в почвах и выявить плошали пахотных земель РФ, загрязненных тяжелыми металлами: кадмием, свинцом, никелем, хромом, цинком, кобальтом, медью и мышьяком.

2.Установить содержание химических элементов: кадмия, свинца, никеля, хрома, цинка, кобальта, меди и мышьяка в основных видах минеральных и известковых удобрений, а также некоторых видах органических удобрений и сапропеле й.

' ■ ч

3.Разработав научно-обоснованный прогноз и установить влияние минеральных удобрений на содержание валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почве палевых и овощных севооборотов. ■ , ■

• ! •• \ V- . • •

. -• I V *

4,Изучить влипни« на трансформацию тяжелых металлов в почвах н растениях; реакции среды в почве, степени ее окультуренности^ гранулометрического состава, генетического типа, а также применения органических, известковых, минеральных удобрений и цеолитов. . ' _

5. Исследовать количественные параметры миграции из почвы с и «фильтрационный н водами, тяжелых металлов и их концентрацию..

6, Исследовать баланс тяжелых металлов в почвах конкретных регионов и оиеннть перспективу изменения.экологической обстановки, связанной с за-фязнением окружающей среды.

7. Уточнить и усовершенствовать нормативную базу предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в почвах с различными агрохимическими показателями.

Научная повита па биты состоит в том, что впервые теоретически разработаны научно обоснованные приемы детоксигации тяжелых мстачои в почпе: осуществлен агро-)коло( нчсскнй мониторинг пахотных земель Российской Федерации, при котором выявлены Iтощали пахотных почв, зафязнетшме тяжелыми металлами; определен количественный химический анализ практически всех видов н форм минеральных и известковых удобрений на содержание 'элементов: Со, Сг, Си, Мп, РЬ, ?,п. М, СЛ. установкено, что при внесении в почву, в соответствии с существующими рекомендациями, минеральных, а также известковых удобрений не происходит загрязнении почв тяжелыми металлами; исследована динамика миграции из почвы тяжелых металлов, внесенных в воднорастворимой форме; показано, что концентрация С(1 и 2п в инфильтрационных водах на второй и последующие годы снижалась в 10-100 раз н составляла соответственно 0,002-0,003 и 0,003-0,006 мг на лтр; исследована зависимость токсичности кадмия, цинка, свинца и их накопление в расте- ■ нидх от сочетания доз этих металлов (4) и доз СаСО^б).

Разработаны дозы СаСО| для почв с различным гранулометрическим со ста-. вом и уровнем кислотности для почв зафязненных кадмием, цинком, свинцом -и медью, наиболее существенным фактором, снижающим до 8-10 раз лоступ*-

пение в растения С<1, Хп и И), является уровень реакции среды в почве, причем данные в отношении свинца являются существенно новыми. Исследованы количественные показатели поступления и выноса ТМ из почвы для оценки конкретной экологической ситуации в биоценозах с помощью балансовых расчетов. Изучено влияние гранулометрического состава почв, их окультуренно-сти, і енетического типа, а также торфа, цеолита, сапропелсй, высокоэффск-тивного органического удобрения на детоксикацию ТМ в почве и получения растительной продукции, отвечающей санитарно-гигиеническим нормам.. ' Теоретическая значимость работы, '1 '

1. Дано теоретическое обоснование необходимости повышения реакции среды в почвах, загрязненных ТМ, до значений рН 6,5-7. Установлена корреляционная зависимость между величиной рН * дозами извести, концентрацией ТМ в растительной продукции и уровнем урожайности сельскохозяйственных культур.

2. Теоретически описаны схемы возможных химических реакций но закреплению ТМ в почве при внесении различных лоз СаСО».

3. При комплексном ««учении различных факюров ішияюших па лс-рокі;иканию ТМ в почве, локачмваегся значимость гранулометрического состава почв и вилов чел йора н юн.

4. Расширено представление о величине1накоплении 'ГМ к рилу изучаемых растений в зависимости от концеїпрашіи и вида химического элемента в почве, ' ,

5. Вносятся новые уровни предельно допустимых концентраций валового содержания ТМ в почвах в зависимости от грануломегрическоі-о состава и значения реакции среды в почве.

ПіМкшчиотя зкачішот пз Поты состоит в том, что впервые выявлены площади почв Российской Федерации» загрязненных тяжелыми металлами и разработаны : мероприятия по детоксикации ТМ," в том числе определены уровни реакции среды в ночве, обеспечивающие максимальное снижение подвижности тяжелых металлов в почне и их поступление в растительную про-

дукцию; установлены;и рекомендованы дозы СаСО)Для почв с различным гранулометрическим составом и степенью кислотности, загрязненных кадмием, цинком, свинцом и мелью; получена справочная информация по содержанию тяжелых металлов в минеральных, органических и известковых удобре-■ нмях и предложено проведение расчета баланса тяжелых металлов в почве для. оценки экологической ситуации конкретного агроценоза, введены в практику работы агрохимслужбы РФ ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка.в почвах сразличными* физико-химическими свойствами; обобщены отечественные и зарубежные приемы по детоксикацни загрязненных-почв < н нормативная база.по ПДКтяжелых металлов в почве, растениях и удобрениях. На защиту выносятся положения:-

1. Доказывается положение о том, что минеральные и известковые удобрения, а таюке навоз, сапропель, торф по уровню содержания в них ТМ не могут служить источником загрязнения ТМ почв и грунтовых вод при научно-обоснованном их применении, и, даже при внесении их в повышенных до-

■ их. '-■■■•■.

2. ДетоксикациюТМ на кислых и слабокислых почвах, прошедших специальное агроэкологическос обследование, можно осуществлять с помощью ил- учно-обоснованных лоз извести, торфа, сапропелей с доведением реакции

среды в почве до pli 6,5-7. - 3. Урожайность растений, выращенных на почвах загрязненных ТМ выше 1-2 ПДК (валовые формы) без проведения специальных научно-обоснованных приемов детоксикацни (особенно корнеплоды), снижается и в продукции накапливаются, ТМ в концентрациях выше допустимых санитарно-гигиенических норм. ..,■.-■

4. Для оценки конкретной экологической ситуации, складывающейся в естественных биоценозах, необходимо применять показатели количественного поступления и выноса концентраций элементов ТМ в агроэкоснстсмах, on-

релеляемого балансовым методом, что служит научно-обоснованнымпро-гнозои состояния окружающей среды. 5. Тяжелые металлы, содержащиеся в почвах в повышенных концентрациях не удерживаются верхними горизонтами почв, .без проведения научно-обоснованных приемов детоксикацин и мигрируют, по профилю песчаных почв, обнаруживаясь на глубине до 1 м в концентрациях выше предельно-допустимых. Установление равновесной концентрации I'M в почве на уровне естественного фона достигается не менее, чем через четыре года по данным лизиметрических исследований. Апробация паботы. Материалы диссертационной работы изложены на «П -ом Всероссийском научно-координационном совещании ■ Географической сети опытов с удобрениями и другими средствами химизации по проблеме «Мониторинг тяжелых металлов, радионуклидов н совершенствование методики агрохимических исследований'в ландшафтном земледелии» (М., ВИУА.1993), научно-практической конференции агрохимиков и агроэкологов «Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах» (М, МГУ, ВНИПТИХИМ, 1992), семинаре-совещании агрохимиков «Экологизация сельскохозяйственного производства Северного Кавказа» (ЦИНАО, Анапа, 1995), международном симпозиуме: "Fertilizers and Environment" (Саламанка, Испания, 1994), пятой научно-практической конференции агрохимиков -агроэкологов «Удобрения и химические мелиоранты в атроэкосистемах» (М, МГУ, ВНИПТИХИМ, РАСХН, 1997), методических советах и семинарах директоров и специалистов центров (станций) государственной агрохимической службы Минсельхозпрода РФ (1992-1999),

Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 37 печатных работ в том числе 30 научных, 6 практических рекомендаций, а также в соавторстве книга: «Тяжелые металлы в системе: почва -растеиие-удобрейие» (М.М. Овчарен ко, И.А. Ш ильин ко в, Г.Г. Вендило, Н.А. Черных и др., J997. 18 пл.). Струк typa н <н*>ьем »я боты. Диссертация изложена па 273 страницах машинописного текста, соетоит из обшей характеристики работы. 1 | глав и вы ко-

дое, экспериментальный материал приведен в 82 таблицах. 10 приложениях и двух графиках. Список цитируемой литературы состоит из 314 наименований, в том числе- 58 на иностранных языках.

Содержа мне работы.

Методика исследований;

Исследования по разработке научно-обоснованных приемов детоксикации -ТМ для загрязненных почв проводились с использованием вегетационного и микрололевого методов в вегетационном домике ВНИПТИХИМ мн кропал е-мм опыте НИИКХ, а также на лизиметрической установке на ЦОСВИУА в Московской области.

Вегетационные опыты проводились в сосудах без дна 40x40 см и 25x25 см, которые устанавливались на пахотный слой.' В лизиметрическом опыте использовались сосуды с площадью поверхности 0,25 м* и глубиной 50 см. Все опыты проводились в четырехкратной повторности.

В период 1991-1997 годов проведено 6 вегетационных; 7 микропапевых и лизимегфических опытов общей продолжительностью 62 опытогода. В этих опытах выполнена окало 3000 эяементоопределений кадмия, свинца, меди и цинка в растениях, почве н лизиметрических водах. При анализе минеральных удобрений произведено около 2000 элемектоопределений Со, О, Cu, Mi», N¡, РЬ, Zn, As, Cd.

Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой тяжел осу глинистой почвы в вегетационных н м и кропал евых опытах: р(! - 4,5; Ног™. — 0,13 мэкв на 100 г почвы, Нг - 4,5, сумма поглощенных оснований 12.) мг на 100 г почвы, содержание гумуса 1,5 %; валовых форм кадмия - 0Д2, цинка-27, свинца -10 мг на кг почвы. В лизиметрическом опыте дерново-подзолистые почвы имели следующие агрохимические показатели:

ДернОВО- 1 н' Са Гг0} I КгО гумус %

пддзолнегые поч- рН .1 мэкв на 100 г почвы мг на 100 г почвы

вы

Супесчаная 4,2 ! 4.3 1,9 0,4 2.2 ' 6.3 1.7

Су ГЛИНИСТ«* V ¡ 7.5 2,8 П.» i 1 Г,7 2,1

В микрополевом опыте с дерново-подзолистыми почвами различной сте-

пени окультуренностн были следующие агрохимические показатели:

- Степень окультурен ностн pH Nr | PjOs ( KlO гумус */. Cd j 1>Ь | Zn | Си

мэкв на 100 г почвы мг на 100 г почвы валовые формы мг/кг почвы

Слабая (лес) 4,1 4,5 4.2 10.1 0,38 17 ; 39 18

Средняя (пашня) 4,8; 3.5 6,1 14,2 1.7 0,49 19 ! 42 20

Хорошая (пашня) 6,8 1.2 43,5 46,0 3.0 0,58 20 ! 48 25

. Микропалевые и вегетационные опыты проведены по обычным н (jtatcropH-альным схемам. Микрополевой опыт со э<1>фекгивности доз и сочетания CaCO.i, иеолота (Сакирн никого) и органических удобрений проверен по схеме 1/4 (4x4x4) также с четырехкратной повтори остью на фоне кадмия-10, цинка-20О и свжша-100 мг/кг почвы. В вегетационном и микрополевом опытах по этому же вопросу с сокращенной схемой (варианты: 1-фон PK; 2 - фон + невесть; 3 - фон + торфокомпост; А - фон + навоз; 5 - фон + цеолит; 6 - фон + торфокомпост + известь), торф, навоз и цеолит вносили в дозах но 100 т/га, известь — по 1,5 г. к. В опыте по изучению влияния уровня реакции среды в почве на поступление в растения тяжелых металлов их дозы составили (мг/кг): кадмия - О; 3; 10; 20; цинка - О; 100; 200; 300; свинца - 0; 50; 100; 500. Дозы CaCOi в долях гидролитической кислотности: 0; 0,25; 0,5; 1,0; 3,0; 6,0, В качестве известкового удобрения вносили пылевидную известняковую муку по ГОСТу 14050-78 содержащую до 95 % частиц мельче 1,0 мм и с нейтрализующей способностью 85-95 % в пересчете на СаСОз.

Тяжелые металлы вносили в форме нитратов: Cd(NOj>2, Zn(NOj):, Pb(NOj)i, CU(NO,)2.

Цеолит Сакирнникого месторождения (фракция < 2 мм) содержал 70-80 % клиноптнлолита; около 15 % кварца, полевого шпата и слюды; дй 15 % глинистых минералов; монтмориллонита и иллита. Емкость кэтионного обмена цеолита составила 180-210 мэкв на 100 г. pH водной суспензии 6,8.

Под выращиваемые в вегетационных опытах культуры в качестве фона ежегодно вносили по 200 мг азота, фосфора и калия на кг почвы в форме KlhPO,

ЫНдИОэ и К^О«, в микрополевых - эти же соединения вносили из расчета М^РиоКцо.

Пробоподготовку почв и растений'Для определения содержания валовых форм тяжелых металлов осуществляли по «Методике подготовки почв в аналитическом автоклаве НПВФ-АНКОМ-АТ-2. Почвы. Биологические .объекты анализа» М. 1995 г. растворимые формы соединений ТМ из почв извлекались I н НЫОэ (НС1Х Аи-Ам-Бф раствором (рН-4,8) к бидистилли рова и 1 юн водой. . ТМ в почвах, грунтах, удобрениях, сапропеле, торфе, растениях определяли как без структурного разложения образцов в соответствии с "Методическими указаниями по определению ТМ в почвах, кормах, пищевых продуктах рент-гено-флуорисиентным методом на спектрометре Спектроскоп М. 1995 г., так и в аналитических растворах на атомио-адсорбционном спектрофотометре по методическим указаниям определения ТМ в почвах, тепличных грунтах и продукции растениеводства. (М. 1992, М. 1993 г.)

В системе мониторинга за плодородием почв отбор образцов почв с пахотных земель по регионам России осуществлялся в соответствии с «Методическими .указаниями - по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства на содержание ТМ, остаточных количеств пестицидов и радионуклидов» (М. ЦИНАО, 1995 г.).

Расчеты по прогнозированию загрязнения дерново-ползолистьис почв ТМ осуществлялся согласно «Методическим указаниям по прогнозированию загрязнения дерново-подзолистых почв ТМ по данным агрохимического обследования» (М. ЦИНАО, 1994 г.)

Отбор образцов почв с реперных участков проводились по «Методическим указаниям по проведению локального мониторинга на реперных участках» (М. 1993, М. ЦИНАО, 1996 г.). РеперныЙ участок — это поле или отдельно обрабатываемый участок,:типичный для данного хозяйства но почвенному покрову, историк его использования и применения агрохими катов. По методике автора диссертационной работы в Российской Федерации силами специалистов про-

еюно-изыскательских станций и центров Государственной - Агрохимической < службы заложено более 800.

На каждом релерном участке выполняются следующие работы: привязка на местности, сплошное агрохимическое обследование почв с разбивкой на элементарные участки и отбором сплошных образцов из пахотного горизонта и замером гамма фона; закладка почвенного разреза и его описание согласно инструкции по почвенной съемке;отбор почвенных проб на всю глубину разреза, по слоям через 20 см, отбор проб растений в течении вегетации и при уборке урожая, отбор проб грунтовых вод.

Пробы почв, растений; воды анализируются на химические показатели по методике ГОСТ в том числе и на содержание тяжелых металлов, Наблюдения на реперных участках должны вестись постоянно. По данным, полученным с реперпых участков должен рассчитываться прогноз изменения плодородия почвы н степени загрязнения природной среды (почв, растений, виды). '

В лизиметрическом-опыте возделывали культуры зерном ронян того село-оборота н многолетние злаковые трав^. Минеральные удобрения вносили в следующих дозах в форме Каа. Рдс, Кх: под зерновые - N'wHmiKwi, кукурузу NiwPiwKiib, многолетние злаковые травы - Ni2»>Pi«sKi2o. Перед внесением тяжелых металлов почву повторно известковали (через 10 лет) той же формой магнезиальной известняковой муки. Тяжелые металлы вносили в форме следующих солей Cd(NOj)2 х 4НгО, РЦЫОз)г и ZnCU из расчета 1 иЗПДК влло-

' L *, ■

вых форм в почве (кадмия - 3, цинка - 150, свинца - 30 мг/кг).

Обработка экспериментальных данных осуществлялась дисперсионным и корреляционным методами с использованием ЭВМ и npoi рам много калькулятора МК-61 (Доспехов 1973, Иванов, Погорелюк, 1990 г.)

Баланс ТМ на примере отдельных регионов просолился расчетным методом путем нахождения суммы общего поступления ТМ в почву (приходная часть; с удобрениями, мелиорантамн. атмосферными осадками),*суммы общего выноса -ТМ из почвы (расходная часть: с урожаем и внутри почвенным стоком) и нахождения разности между суммой приходной и расходной части.

Отбор образцов сапропелей н проведение анализов выполнялся по ТУ -2191-022-00483470-93 {удобрения сапропелевые) «ТУ - 214-012-0574563-93 (удобрения комплексные салропелево-пом етны с, гранулированные).

Экспериментальные исследования по теме диссертации автором выполнены к лабораториях. и отделах институтов ННИПТИХНМ, ЩШЛО, ВИУА, ЦОС ВИУА, НИИКХ, ВНИПТИОУ, Московском проектно-изыскательском центре Государственной агрохимической службы Минсельхозпрода РФ по разделам «Государственной комплексной программы повышения плодородия почв Г осени», принятой на 1992-1995 (т. и до 2000 года, к которой актор являлся одним из ответственных исполнителей (код 03).

Личное участие заторе в подготовке материалов диссертационной работы состояло в разработке н написании тематических планов научных исследований, организации широкомасштабного агрохимического обследования сельскохозяйственных угодий РФ, в том числе пашни, участие в закладке, уборке вегетационных,; микропалевых, лизиметрических опытов, отборе растительных и почвенных, образцов, сапропеле и, торфа, органических и минеральных удобрений, проведении их анализов и обработки результатов, обобщении данных, написании научных статей, методик, книг по изучаемой проблеме ТМ в системе почва -растение -удобрение.

I,Источники н мастита б ь* -запттнения почвенного . покпов* твжеяымн металлами, 1,1.'Основными источниками антропогенного загрязнения природной среды

тяжелыми: металлами являются промышленные предприятии: тепловые электростанции, металлургические, химические, нефтегазолерерабэтывающие, керамические заводы и стройматериалов, карьеры по добыче полиметаллических руд и транспорт. Их выбросы в атмосферу составляют сотни тысяч тонн в год, которые оседают на сельскохозяйственные угодья и огородные участки землепользователей (В.А. Большаков н др. 1993; А. Кэбата Пснднас, X. Пен-днас, 1984; В^В. Ильин, 1996; АМеЬЗаЬеЬ У А е! а! 1992; Ргансек МаЛ А.. 1992; К. Рзуце,С. Кырсгв, 1986; 1,их. W. Ксптд Н, 1991), От одной теплоцеи-

трали ежегодный выброс в атмосфер у техногенных примесей достигает 600002360000 т (В.И. Просянннков идр.,1994; А.И. Фатеев и др., 1994), в результате оседаиня выбросов в почве увеличивается содержание свинца в-10-15 раз, кадмия и никеля в 2-3 раза, мышьяка, меди и хрома достигает выше 1-3 ПДК.

Загрязнение почв за счет выбросов автотранспорта составляет в России до 15%, аГсрмзнии н США до 50% от всех загрязнителей.-

По К.Рэуце, С.Кырстя (1986) к источникам загрязнения почв и растений отнесены: минеральные, известковые, органические удобрения, а также нетрадиционные форми удобрений: сапропель, осадки сточных воА

Каковы же реальные площади сельскохозяйственных угодий, загрязнены ТМ? На этот же вопрос до 1993 года ло литературным источникам нам не удалось установить, так как ве проводилось системных и плановых обследований почв. *

Проведенные нами, в 1993-1995 г.г. исследования ло агроэкологическому мониторингу почв сельскохозяйственных угодий России, при комплексном агрохимическом обследовании, позволило впервые выявить реальные площади полей, почвы которых загрязнены ТМ,

Из обследованных 25 млн. га пашни на 01.1995 г. выявлено участков почв, ■загрязненных ТМ выше ПДК в сумме по валовому содержанию и по подвижным формам, немногим менее одного миллиона гектаров (табл.1). Дальнейшее обследование сельхозугодий по состоянию кз-01.1997 г. показало, что площадь загрязненных почв составляет более 1,5 млн.га (A.B. Кузнецов, 1997).

По наибольшей распространенности на территориях, загрязнители располагаются в следующем убывающем порядке: Cu>РЬ>Ni>Cd>Zn>F>Ci>As. За: грязненные участки полей, как правило, обнаруживались вблизи крупных городов, промышленных зон, магистралей/автодорог, а также ил территориях, где применялись осадки сточных вод. По нашим результатам и данным литературных . источников, наибольшее. количество загрязненных площадей почв ^ обнаружено в Кемеровской, Свердловской, Челябинской, Московской, Томской, Саратовской , Астраханской областях, а также Краснодарском крас (Н.С.

Глазырина и др.,1989; М.А. Воробьев и др.1990; В.И, Прося и пи ков, 1994; В.Б. Ильин,1991; М.М .Овчарен ко, И.Л. Шильников, 1997; О.И.Просшшикова,1999)

• Таблица 1

Плошали пахотных почв РФ, загрязненных ТМ, фтором • _ и мышьяком (на 01.1995) ■__

Химические Элементы ОбСЯеЛОВ«ННМ П.10-щаль. всего • тыс,г» с содержанием ТМ выше ПДК

тыс. га % от обшей площади _ Валовое содержание Подвижные формы

тыс.га % от обследованной площади : тыс. га % с? обследованной плошали ■

РЬ 16331 12.9 255,6 1,6 17,4 0,1

Сс! 14258 11.3 11.7- о.г 15,8 ■ 0,1

N1 8667 6,8 9,0 0,1 47,0 0,6

Сг 5957 4,7 32,4- 0.5 0,9

2л 24783 19,6 39,5 0,15 14,6 0,05

Со 9275 7,3 94,3 КО

Си 22326 17,6 28,6 0.1 420,6 1.2

Аз 2789 2,2 - 34,3 1,2 -

Г 3054 2,4 0,5 - 14,4 0,05

Для оценки почв, загрязненных ТМ, в системе нормирования Госсанэпиднадзора РФ. Нами на основании экспериментальных данных и результатов из литературных источников были разработаны ориентировочно • допустимые концентрации (ОДК)ТМ и мышьяка в почтах, с учетом гранулометрического состава и реакции почвенной среды (табл.2)

■ =".-... Таблица 2

Ориентир«ично допустимые концентрации (ОДК) тяжелы* металлов н мышьяка к • почваи (М. Госмтпилнидгор. 199*) М.МОвчаренхо в Соаогг. с И.В.Русаковым, Н И.Тонкнм, Н И.Вели каловым. В.Д.Симоновым, Ю.М.Мойвесвым, С.К.Ли, | А Н.Поляковым, | А.» Обуховым, |

Группы почв чг/кг, ютдушно-су*ой почвы

С(1 А» N1 РЬ Си Хп

1. Песчаные н супесчаные 2.0 20 32 33 55

2. Кислые (суглинистые и глинистые) рН кс|< 5,5 (.0 5,0 40 65 66 ПО

3. Близкие к нейтральным, нейтральные (Суглинистые и глинистые) рН кс! > 5.5" 2,0 10,0 ВО 130 В2 220

В настоящее время все службы надзора и контроля за содержанием ТМ в поч-

вах используют ОДК в своей практической работе.

1.2. Минеральные и известковые улобпснни. как возможные источи«к-н поступления тяжелы» металлов и почву и растении.. ' Среди источников возможного техногенного загрязнения почв сельскохозяйственных угодий и растений; в научной и, особенно в популярной литературе, часто называют минеральные и т8есгковые удобрения,(К.Рзуце, С.Кырсгя, 1986; Д.С.Орлов, 1985; Ю.Л.Алексее в,1987; ЛКабата Пеидиас и др.,1989;-П.ФЛойко, Г.И.Василенко, 1992; Л.Е.Басманов ндр..1990; В.С.Громова,1994; Е.П. Шустикова и др,1994). .

В то же время в научной литературе (Б.А.Ягодин, 1988; 1989; 1995,-В. IV Мииеев, 1984, 1989; 1991;.1992;, 1993; 1994; 1995; 1998, ЮЛ. Потатуева,1994; Ю.И. Касицкий и др.* 1994, Н.Ф. Гомонова, 1994. Н.К. Болдырев н др. 1994, С.И. Цыганок, И.А. Шилытков, 1994, М.М; Овчарен ко и др. 1994; 1995; 1996; 1997; 1998; 1999),- отмечается, что применение минеральных и известковых удобрений на различных типах почв десятилетиями и в повышенных дозах не приводило к значительному накоплению ТМ в почвах,-грунтах, водах и растениях..

Автором:проведено обобщение:и систематизация имеющихся в литературе данных « количественное и химико-аналитическое определение тяжелых.металлов в 100 образцах минеральных удобрений с заводов производителей.

Аналитические результаты содержания кадмия, хрома, никеля, медн, свинца, цинка, марганца, кобальта и мышьяка приведены в таблице ( 3 ),

Полученные данные свидетельствуют о том, что по концентрации ТМ самыми бсэоласными.яаляютсяазотные удобрения, среди которых аммофос, сульфат.аммония и аммиачная вода содержат более высокие концентрации

тм;

Калийные удобрения, по уровню содержания ТМ близки к азотным, но превышают их по уровню содержания свинца (около 20 раз), кадмия и цинка (нс' значительно).

Фосфорные удобрения, характеризуются, более высоким содержанием ТМ, чем у первых двух групп (табл.4 ).

Рассмотрим вероятность загрязнения тяжелыми металлами почвы в производственных условиях на примере зерновых и овощных культур в сельском хозяйстве страны в 1990 году. Под зерновые культуры были внесены следующие дозы питательных веществ в минеральных удобрениях (кг/га); N-30, РгСЬ-34, КЮ-16. Средняя концентрация азота в азотных удобрениях составила 34,6 КгО в калийных — 51,0, Р1О5 в фосфорных - 28,7 %. Таким образом в 1990 году под зерновые были внесены следующие дозы минеральных удобрений: азотных 86,7 , калийных- 31, фосфорных - II8,5 кг/га,-Используя приведенные в таблицах ( 3-4) данные о содержании тяжелых металлов в удобрениях, рассчитываем поступление их в почву с азотными, калийными и фосфорными удобрениями (табл.5). Расчетные материалы свидетельствуют о том, что ежегодное поступление ТМ в почву с удобрениями под зерновые составляют тысячные и десятитысячные доли мг/кг, что составляет ничтожную долю от фонового содержания хрома, меди, никеля, свинца, цинка и кадмия в почве. Применение указанных доз минеральных удобрений даже в течение многих сотен лет не может существенно изменить содержание & почве валовых форм этих элементов.

Аналогичные расчеты с овощными культурами свидетельствуют о том, что применение минеральных удобрений в дозе около 300 кг/га д.в. при соотношении Ы:РЮз;К20, близким 1:1:1, не может оказать существенного влияния на содержание хрома, меди, никеля, свинца, цинка н кадмия в течение очень длительного периода, измеряемого сотнями лет.

В условиях защищенного грунта уровень применения минеральных удобрений значительно выше, чем под овощные культуры открытого грунта. В этих условиях минеральные удобрения вносятся в 8-12 раз более высоком количестве, чем в открытом грунте. Ко н в этом случае содержание валовых'форм приоритетных загрязнителей (хрома, меди, никеля, свинца, цинка и кадмия) будет на 2-3 порядка ниже ПДК этих элементов в почве.

Таблица 3 Среднее содгрж*щіе тяжелых металлов в мннер»льиы1 улобреннвк (мг/кг в фшнческои мсс)

Удобрение Кояич, обр. ( Элементы

\ Со І Сг | Си { Мп- і N¡1 № | ¿п | Аі | Сс)

Азотные удобрения

Карбамид 18 . : <0,44 15 14,6 | 29 11.2 | * (4,3 <0.2 •

КАС 2 ' : 1 62 40,5 і 149 24 ; <і 44

Вода аммиачная 5 4 5 92 41.0 ! 172 54 ■'0.2 ял 5,4 <0,4

Сульфат аммония 13 ! <1,5 64 24,7 І 137 27,9 <0,8 46,1 <7.5 <0.5

Селитра аммиачная 12 | <0.5 13 8.8 35 1 8.3' <0.1 14.4 # <0.1

Кальциевая селитра .'.її- 170 3,5 ! 40 6.5 4,5 15 "зо * 1 • <0.5

Средне аз вешенное 1 і.з 42 26 | 76- і 19 0,4 2.5 0.2

Калийные удобрения-

Калийная селитра : 3 <0,3 147 12.7 21 1 21,3 13,3 <7,3 0.5 - *

Сульфат калия 4 ¡5,0 58- 16,5 42 ' 9.3 <8,0 9,0 0.6 <0.2

Калий хлористый гранулированный ' 3 •-0.1 1..__ <0.6 27 14 10,3 ■ 122 10.3 14.7 2,0

Калий хлористый нєграну.і 8 18.4 ; 153 і 12,1 4.9 39.4 2.0 <1.5

Среднешвешен кое ; із 57 16 ; 101 ) 14 і 8 23 1.4 0.3

' Сложные м комплексные удобрения

Удобрения ДІЯ теплин 5 <3 131 33,4-! 78 27.8 І 4,8 і 19,4: 2,2 2,4

Аммофос 10 3.8 153 14, Г І 290 10.1 10,9 62,3 3,8 3,9

Фзофоска 6 <1,3 (49 117 [ 196 37,3 10.0 137,8 3,8 3,0

Нитроаммофос 5 <2,8 33 10,6 1 116 6.2 2,2 24,4 ' 2,0 1,8

Нитрофос * 2 8.0 41 15.5 187 5,5 1,5 12,0 3.0 2,0

Ннтроіммофосфат 2 9.0 65 36.0 198 ю.5 8.5 37,0 3,0 3.5

Средневзвешенное 3,6 116 39 ! 194 18 7,5 59 3 3

*• эшчени» концентрация лежат за пределами обнаружения

Поскольку вероятными загрязнителями почвы и растений ТМ потенциально: могут быть только фосфорные удобрения, автором был произведен расчет вероятного количества основных форм-фосфориых удобрений.необходимых для изменения в 2 раза фонового содержания следующих ■хпемешов Се), N1, РЬ, Сг, гп, Бг, Си и Аз. Расчетные данные показывают, чго для удвоения валовой формы ТМ в почве необходимо внести сотни и тысячи тонн на гектар в пересчете на РгСЬ. При. средней ежегодной дозе 60-90 кг/га РЮз гипотетический срок удвоения содержания ТМ в почве вследствие применения фосфор-

Таблиці 4 ■ Содержание тижелш металлов в фосфорит удобрениях (мг/кт в Фнінческом весе}

Удобрение Изготовитель Число опрел. Си Хп С4 РЬ Сг № 5в Н8

Суперфосфат простой Актюбииский ХЗ 4 9,2 12,1 0,8 5,8 - -

Разные заводы 4 6,0 16,0 V 8,6 11,6 2,6 0,08

Суперфосфат аммонизированный - КошискиЙ ХЗ 4 6,0 6,3 0,5 6,0 з,« -

Среднеуральский МЗ ■ 2 7,2 9,6 0,8 V - - -

Суперфосфат двойной Самаркандский СФС 1 40,0 40,0 0,4 10,0 ■ 7- - -

Разные заводы 3 . 17,2 11,2 V 26,4 24,1 13,2 2,0 0,04

Фосфоритная мука Егорьевский карьер 1 210 0,9 п,о 180 15 •

Чимкентский ХЗ 4 137 185 V 21,1 55,0 62,0 -

Фосфатшлак Карагандинский ХЗ 1 13,2 10,0 0,4 11.0 • ■ -

Фосфогигтс Разные заводы 2 29,8 38,5 2,6 25,0 69 9 - 17

Средневзвешенное содержание ■ 26 33,1 48,7 М 13,1 46,1 20,5 - -

Таблица 8 Уровень поступлення тяжелы» металлов в почвы судобрением под урновые культуры (г/г»)

Со Сг Си АІП ; № РЬ 2п | Аз Сй

С азотными удобрениями

0,11 3,6 2,3 6,6 1.6 0,03 1 ■ 2,6 0,2 0,02

С калийными удобрениями

0,05 і . 1£ . 0,5 1 3,1 .0А 0,1 0,7 0,04 0,01

С фосфорными удобрениями '■■ ■

5,5 ' 3,9 2.4 1,5 1 5,8 0,2

Суммарные количества тяжелых металлов, вносимых с удобрениями

10,9(0,004 иг/кг почвы) 6,7(0,002 . кг/сг почвы) 4,4 (0,001 мг/кг почвы) 1,63 (0,0005 | 9.ЦО.ООЗ мт/кг почвы) 1 мг'кг почвы) 0,23 (0,00005 иг/кг почвы)

ных удобрений измеряется многими сотнями и тысячами лет: Исключение со- -ставляет стронций, содержащийся в * простом суперфосфате и фосфоритной: муке. Для этих форм фосфорных удобрений условный период удвоения содержания стронция в почве составит соответственно 213 и 627 лег, что также является длительным временным промежутком. Но при этом-также следует учитывать, что для стронция важно не его общее содержание в почве, а соотношение этого элемента с кальцием. (И. А. Щ ильин ков, 1990).

Поскольку наибольшую опасность представляют подвижные формы тяжелых металлов, был произведен соответствующий расчет, вероятного изменения : их содержания при внесении фосфорных удобрений, ' .

Таблица 6

Количество фосфорных удобрений, иеобюлнмое для удвоенна -содержания подвижны к форм тяжелы» металлов в почв», т/| а_ _

Удобрения - сл "Г. - " 1 РЬ Элементы Сг гп ) " Си А»

Рс 393 ' 545 3000 1047 2464 | ■ 450 ' 684

Рсд 350 ! 250 5769 375 1815 ! 216 ' 658

РФ 420 ; 74- 600 167 172' 1 ' м. д. ! 219

Аф 262 ! 428 4545 и: Д. 1916 | н, д. ! 190

Но и в этом случае для удвоения содержания в почве относительно невысокого содержания подвижных форм тяжелых металлов потребуется сотни тонн фосфорных удобрений (табл. 6) .

Мука известняковая (доломитовая, доломитизированная, магнезиальная) является в мировой практике сельского хозяйства не только основным известковым удобрением^ На почвах с избыточной кислотностью се применение -обязательный прием во всех технологиях получения экологически безопасной и диетической продукции. Никаких ограничений на применение известняковой муки, связанных с содержанием в ней тяжелых металлов,- нет. Об этом можно судить по результатам анализа известняковой муки с трех крупных заводов Московской области (табл. 7). Приведенные в таблице материалы свидетельствуют о том, что содержание тяжелых металлов в известняковой муке в среднем значительно ниже, чем' в почве.

Таблица 7

Содержание ТМ в шкетняковой муке m ржмичмьіі карьеров Московской облюй и *

Элемент jT .у' г/т Месторождение Среднее, гАт Общее, кг/га. Фоновое содержание в почве кг/га (расчет)■

Песков' ское Домодедовское Афанасьевское

Cd 0.1 ere (ги 0.1 0,5*10"» 1.2 "

РЬ erre 1,0 2,0 1 ¿ 7,5*104 30

Znr 72 V 49 -68. 63- . 3,Г1(Р ISO

Ni ■ 4,0 2,0 2,0 2.7 u*i<r> 45

Cu 42 1 5) 39 44 : 2Д*10"" 60

Cr 63 79 102 81 4*1Сг» 120

Sr 406' 290 ' 1 354: 350 17,5* 10"" 600

As 31 22 I 16 23 1.1 ЧІЛ 3.0

Таким образом, полученные нами данные химического анализа фосфорных удобрений и извести показали, что Российская сырьевая база (апатиты, фосфориты, известняки) являются чистыми по уровню содержания ТМ; по сравнению с сырьем из Марокко, Турции, Туниса и других стран мира (В.Ґ. Минеев, 1994). •

1.3.11 угнал нннониые виды удобрений, как источник ТМ: осадки сточим і вод.

Осадки сточных вод являются наиболее опасными загрязнителями ТМ почв

и растеннЙ. Среднее содержание ТМ в ОСВ (мг/кг сух, в-ва) составляет; С(1 8-175; РЬ 21-600; N¡ 56-880; Си 69-3200; 2п 1640-7900; Сг 278-4700;. Мп 50-1860. Расчеты показали, что при внесенииа почву дозм ОСВ 45 т/га, содержание Сс1 превысит уровень ПДК в почве на 1-1,5 мг, а цинка и хрома на 30-60 % (В.А; Касатиков и др., 1988; 1992; 1994; 1996; 1998; Г.Е. Мерзлая, 1995; В.А; Касатиков, М.М. Овчаренко, С.М. Касатикова и др., 1997).

В практике сельского хозяйства.Подмосковья имело'место применения очень высоких доз ОСВ, в результате чего резко изменились агрохимические свойства: реакция среды в почве достигала нейтрального или слабощелочного уровня, содержание гумуса повысилось с 2,5 % до 6-7 % и содержание ТМ достигаю величин многократно превышающих ПДК.

В научной литературе до сих пор не приводилось данных о влиянии ОСВ на миграцию ТМ по профилю почвы.

Проведенные детальные агрохимические исследования с помощью репер-ных участков по изучению трансформации ТМ на почвах загрязненных ОСВ (М.М. Овчаренко, 1993; М.М. Овчаренко, А.В. Кузнецов, 1998) показали, что на суглинистых почвах, загрязненных ТМ, не обнаружено существенного увеличения их содержания по профилю почвы. На почвах же легкого гранулометрического состава, где вносили очень высокие дозы ОСВ(совхоз «Московский» Люберецкого района) содержание С<1 в верхних горизонтах по трем ре-перным участкам достигало 6,18-10,10 мг/кг почвы, что превысило ПДК в 1220 раз. Кадмий обнаружен и на глубине до одного метра с содержанием 1,142,47 мг/кг (табл. 8);

Таблица в

Содержание С<1 в дгрн оео-нол гол исты I лесчаны* пмы! ремгрны!

Слой почвы, см - Совхоз «Рахмановский» - Паалово-Посадский район Совхоз «Московский» Люберецкий район

1» | 2 3 | Среднее 1 из 3-х • ! 2 ^ | Среднее ; из 3-х

содержание СЛ. мг/кг

0-20 0,24 0,37 0,31 0,31 8,44 6,96 8,48 : 7,96

20-40 0,31 0,24 0,25 0,27 10,10 6,(8 8,56 ! 8,28

40-60 0,37 0,30 0,23! 0.30- 5,31 3,23 3,84 ' 4,12

60-80 Г 0,40 0,25 0,17 | 0,27 ■ 2,39 1,59 2,53 ! 2,17

80-100 0Т36 0,21 0,20 | 0,26 1,83 ) !,14 2,47 ; 1,81

* 1,2,3 -номера Скважин

В то же время, на такой же почве применяли ОСВ низкими дозами (совхоз

«Рахмановский»), загрязнение верхних горизонтов почвы кадмием было минимальным, по сравнению с почвообразующей породой на глубине I м (2 и 3 скважины).

- Следовательно, при внесении высоких доз ОСВ на песчаных почвах происходит интенсивный процесс миграции ТМ по профилю, который может приводить к загрязнению грунтовых вод.

Поэтому применение .ОСВ в качестве органических удобрений на почвах легкого гранулометрического состава должно быть либо запрещено, либо огра

ничиваться очень небольшими дозами при аналитическом контроле почв и растений за содержанием ТМ. 1.4. Агрфжологичсская оценка с» пропел ей З&падно-Снбнрского региона

В практике сельского хозяйства накоплен положительный опыт использования сапропеля в качестве органического удобрения: Имеются положительные данные его применения в кормлении сельскохозяйственных животных. Ограничением в использовании сапропелей могут быть ТМ; поступающие в донные отложениях .от выбросов - промышленных. предприятий/ транспорта, отходы горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. В 1993 году объем сточных вод, сброшенных в поверхностные водные объекты, составил 68,2 км1,' из них 40 % признаны экологическими службами загрязненными.

В 1991-1995 годах проведена химико-токсикологическая оценка 48 месторождений сапропеля Западно-Сибирского региона органического (12), карбонатного (9), орган о-карбонатного (14) и органо-кремнезем истого (13) типов. Зольность органических сапропелей колебалась от 14 до 28 %, карбонатных -18-41 %, органо-карбонатны х-8,3-24 %. Наиболее богаты питательными элементами органические сапропели (Ы общий до 4,2 %, Р205 -0,56 %). В высокозальных сапропелях содержание калия достигает 0,5 . .

По суммарному показателю загрязнения исследованные сапропели (гс<1) пригодны в качестве удобрения без ограничения норм. В среднем 1 кг сухого вещества сапропелей содержит (мг): кадмия 0,82; никеля 19,4, цинка 17,0; свинца 5,0; меди 13,4; кобальта 2,3. Тесной связи между содержанием тяжелых металлов истинами сапропеля не выявлено. По-видимому, накопление.токсических веществ в сапропелях связано с геохимической обстановкой и антропогенным загрязнением окружающей среды. ,

Для снижения ТМ в загрязненных почвах, можно использовать сапропели в дозах, увеличивающих ЕКО почв на 10% (Д.С. Оглузднн, 1998; II.П. Рудиков, 1998).

Ці.' Использование новых вкдое органических удобрений.

На. крупных животноводческих, комплексах образуются V огромные массы . животноводческих стоков, которые загрязняют окружающую среду итребуют больших затрат на их применение в качестве органических удобрений. Использование современных-биотехнических приемов позволяет выращивать в аэрируемых ферментерах микробную ассоциацию, которая не только очищает сточные воды,-но и накапливает органические вещества, азот, фосфор, калий в биомассе клеток - биоудобрение БАМИП (А.Н. Каштанов, . И.А. Архипченко, 1990, патент Кэ 1757209,199І; И. А: Архипченко, 1995)..

БАМИЛ - гранулированное удобрение, обладающее свойствами органических ■ и минеральных удобрений,- в нем нет семян сорняков и токсических веществ. ■

По химическим параметрам в БАМИЛе содержание азота 5 %, фосфора. 1,8%, калия 0,8 %, кальция 3,4 %, магния 0,5 %, цинка 0,05 %, не обнаружены; никель, ргіуть, кобальт, свинец, кадмий, хром и другие тяжелые металлы..

В 1986-1994 годах на базе НПО «Белогорка» и Санкт-Петербургского аграрного университета проведены полевые опыты с целью изучения влияния БАМИЛ а на урожай. и качество1 продукции . овощных«, и полевых ■ куль-тур.(И. А. Архи пчен ко, М.М.Овчаренко.1996). Результаты полевого опыта с. картофелем и пшеницей свидетельствуют о том,- что применение БАМИЛа в эквивалентной с минеральными удобрениями дозе МіооРкнКікі имело преимущество, как в прямом действии на картофель, так и в последействии на пшенице и овсянице. Удвоение дозы БАМИЛа привело к значительному дальнейшему повышению урожая картофеля, пшеницы и овсяницы.

2. Влияние извести на дето ксн каин к>ТМ в ночвах.

2,1. Влияние уровни кадмия в пмяс на урожай н качество продукшш.

Детоксикацни кадмия.

Результаты многолетних вегетационного и микропалевого спьпои показали,

что токсичность кадмия проявилась уже при содержании этого металла 3 мг/кп почвы, но была не высокой.-Увеличение содержания в почве кадмия до 10 и 20

мг/кг. усиливало отрицательное действие этого элемента на урожай в 3-8 раза. Известкование резко снижало фитотоксичность и положительно действовало на урожай культур, особенно на фоне высокого содержании кадмия в почве. Малые дозы СаСОз (0,25 « 0,5 г.к.)слабо устраняли токсичное действие кадмия. Максимальный эффект обеспечили высокие дозы СаСОз, соответствующие 3,0 н 6,0 по гидролитической кислотности. Эта закономерность описана в

следующих уравнениях регрессии:

У(= 127,03+16,75 Са-2^2Са1-0,12СйН0^5<Са»С(1); 11=0,87

У г- 81,97 +26,01Са-3.26 С<1-3,96СаМ).72(Са'С<1}; К=0.79;

где У1 -урожай моркови, г/сосуд, вегетационный опыт, 1991 г.:

У2 - урожай столовой свеклы, г/сосуд, микрополевой опыт, 1993г. Са-дозы СаСОз в долях т.к.; Сс1-ДозаСс!, мг/кг почвы;.

Внесение в почву возрастающих доз кадмия в несколько раз увеличило со- -держание этого металла в растительной продукции (табл. 9). Известкование, почвы, особенно высокими дозами СаСОз поЗ и 6 т.к., в 6-10 раз снижало1 -концентрацию кадмия в растениях; доводя ее до уровня близкого к незагрязненной почве. Эту зависимость можно проиллюстрировать следующими урав- -нениями регрессии: .

У1=2,22 - 5,76Са +1,49С<1 + 1,01Са1- 0,28(Са* С<1); К=0.90

Уа= 3,14 - 43Са + 0,97Са + 0,71Са'- 0,18(Са-Са); К=0.87

Уз= 1,7-4 — 1 ,2бСа + 0,ЗЗС<) +■ 0,190а1 - 0,05(Са* С<1); 11=0.89 . " ' ■ *

У<= 1,08 - 1,25Са + 0,61 С(1 + 0,180а1 - 0,02С<13 - 0,06(Са* СМ); Я=0.93

У1 —урожай сахарной свеклы, г/сосуд, вегетационный опыт, 1992 г, У1— урожай сахарной свеклы, г/сосуд, вегетационный опыт, 1993 г. Уз - урожай моркови, г/сосуд, вегетационный опыт, 1994 г. У4 - урожай столовой свеклы, г/сосуд, микрополевой опыт, 1993 г.

2.2, Влияние уровня цинь~а в почве на урожай н качество продукции.

■ .. ■ Деюкснкацня цинка. Результаты многолетних вегетационного и микрополевого опытов показали, что внесение в кислую тяжелое утл ими сту ю дерново-подзолистую почву цинка, особенно в дозах 300 и 500 мг/кг, приводило к резкому снижению уро-

Таблица 9 Влияние доз СаСОз на детокстсацию и концентрацию Cd

в растениях (вегетационный опыт) •

Варианты опыта ■ Сккарная -. иорнк, Столовая еккла, . корни. Мор«>«Ч Юрия. 94 г.

Общ« + Обще» + 4-

сл сяса. С<! С<1

Копролк'- 1,19 ■ •■ 1,03 •

2.СаСО> 0.15 г.и. 0.82 -0.37 нл. 0,83-

3. С»СО> 0.3 г.к. 0,59 -0,60 ИЛ,' . 0.96

4. СаСО> 1,0 г.к. 1.10' •0,09 НА. 0,«]

5. СаСО> 1.0 г.«. 0,94- -0.25 <1Д 0.36

& СаСО 6,0 г ц 1.22 0.03 НнД. 0.46 >

7 СйЗмИп 5,20 4,01 - 9,00 7.97 - 3,1* 3,18 -

К СаСО. 025 + СЛЗ мг/и- З.И -2.09 5.71 -3,30 3,61. 0,43

9СзССЬ 0,3 + Са 3 ю/вг ■ 2,70 -2.50 4,28 472 4,00 ■ 0.82

юсзсо« ю+с<1 1 мг/кг 1,97 -3.23 2.15 -6,85 0,45' -2,73

|1СаСО3 0 + О13нг/жг 0,(5 . 435 1,13 -7,87 0.38 -2,80

И.СаССЬ 60 + О13 мг/кг МО -4.10 -7,46 0,4 Г -2,77

13Ы ЮмгЛг- 18.00 16,8- -- 12,0 10,97 3,35 3,35 |

иСаСО» 0.25+О1 Юмг/хг 13,24 -2.76 9,46 -2.54 2,04 •1,31.

15.ОС0>0.5 + СО КШг/кг 5.1« -12,82 4.24 ■ -7,76 5,53 2,1» (

1«,СэСО 1,0 + С<11Пиг/[г 3.30 •14,70 3,78 -8,22 3.34 -0.01 ^

17СаСО Э.0КМ 10мг/кг 1.32 -16.6« 3,17 -8,23 2,55 -0.80:

И.СаССЬб.О + СЛ 10мг/жг 1.06 •16,94 1,67 -10,33 1.42 -1,93

19.« » ыг/и- 42,45 41,26 32.8 31,77 - 11,44 11,44

гоСиа>0Л*С<1 ЗНмгЛсг 39,15 •3,30 28,16 -4,64 7.38 -4.06

И.СаСОО^ + О! Мыг^г 23,16 -19,29 11,41. -21,39 6.50 -4,94

И.СаСО 1.0 4 С4 Юмг/сг 9.49 -32,96 7,86 -24,94 5,16 -6.28 |

23.СаСО>3.0 ♦ СО Юм/чг 3.75 -38,70 1 4,0 1 -28,80 1,45 •9.99 )

24 СаСХ)1в О » СМ Юнг/иг 4.10 •31,35 | 2,981 -29,82 1.65 -9,79 |

»•СГЪ.9 0.5» ) 0.61 0.49 ч

(1992) У&1- 2,2202 - 5,7573С* + 1,486) С<1 + 1,0708 Са1 - 0,284 (Са-СМ) К- 0,9 (19«) УЮ- 3,1488 - 4,2592Са + 0,9684 Сс1 + 0.7148 Са* - 0,18Л (Са-С(1) 11-0.87 (1994) УС4= 1,7172 - 1,2&16Са + 0,1293 СУ + 0,1886 Са1- 0,0532 (Са Сй) И- 0,8

Таблиц» 10 ВлняннеАозСаСОтадтнссикацимнкоицетрацнюгаарастения!

(вегет»пион» и й опыт, сааарна» гинш, 1992 г.) -

. Варианты опыта. урожай — --------------- — Прибавка Содержание Zn в корнях

обоих от СаСО) +

обшее I от гп ■ | от СаСО!

сырая масса, г/оосуд мг/кг сухого вешества

1. КОФГТрОПЬ' 71 - - 30 -

2. СаСО.» 0,23 г.к. 138 ■ 67 ■ 67 28 -2

3. СаСО! 0,5 г,*. 72 1 1 37 7

4. СаСОа 1,0 г* 89- 18 18 38 8

5. СаСО) 3.0 г.к. 98 .27 27 26 -4

6. СаСО) 6,0 г, к. 113 42 42 24 -6

7.2л (00 мг/кг гибель растений

8. СаСО) 0.2$ г*.+ 2о 100 мг/кг 139 68 139 215* 185 -

9С*СО>0.5т, + 2а 100 мг/кг 151 80 151 294 79

10. СаСО) 1,0г.к. + 2п 100 мг/кг 135 64 135 1 231

11. СаССЬ 3,0 г к. + 2л 100 ыг/кг 141 70 141 46 -169

12. СаССИ 6,0 г.к. + 2п 100 мг/кг 170 99 170 41 -174

13. 2п 300 мг/кг гибель растений

14. СаСО» 0,15 г.к +■ 2а 300 мг/кг гибель растений

15. СаСО) 0.5 г к. + 2а 300 ыг/кг 154 83 154 '260* 230 • ■

16. СаСО] 1,0г.к.+ 2л 300 мг/кг 166 95 166 , 244 -16

17. СаСО: 3,0 г.к. + 2п 300 мг/кг 13« 67 138 52 -208

1&. СаСОэ6,Ог.х. + 2п 300 мг/кг 121 50 121 44 -216

19.7л 500 мг/кг гибель растений

10. СаСО) 0.21 г.к + 2п 500 мг/кг гибель растений

21.CaCOjO.Sr.a 4 2л 300мг/кг 58-: -13 58 392* ] 362

22. СаСО) 1,0 г.к, + Та 500 мг/кг 171 100 171 324 -68

23. СаСО) 3.0 г к + 2а 500 иг/кг 133 62 133 58 | -324

24. СаСО> 6,0 г.к. + 2п $00 ыг/кг 151 80 151 43 ) -349

НСРо 42 " 1

* - варианты, принятые в качестве лромежуточных контролей.

У(«р(1)--42,17 2п+ 48,08 рН+16,65{2п-рН) К» 0,71

Уп- 130.79Л -Й5,9453Са.+ 29,3469гп+ 11.3501-0.0911 (Са-2п) 11=0,43

Таблица 11 Влияние уровня содержания в почве Zn и доз СаСОз на загрязнения корнеплодов (1992-1994 гг.) '(мг/кг сукой массы)

Культуры по годам . без СаСО) СаСОЗ по 0,5 г.к. ■ : СаСО} ш 3,0 гл. СаСО) по 6,0 г.к.

Вегетационный ОПМГ

Уровень цинка, мг/ит 0 1» 200 300 100 200 300 100 200 ' 300 100 200 ' 300

1992, сахарная свекла 30 .* - . - 294 260 392 52 58 41 44 43

1993,столовая свекла 44 121 216 144 151 - ■ 50 54 ' ■ ' 35 39 35

1994, морковь 36 90 - М 123 . 81 21 20 • 23 ■ 20 21 .21

. ' Милронолевой ольгг

Уровень шшка, мг/кг 0 150 300 500 150 300 500 150 300 500 150 300 500'

1992, кормовая свекла 81 212 296 .92 274 358 83 94 85 92 93 76

1993, столовая свекла 67 84 - 88 14S ■• 36 . 4S - 41 35 " 40 46

1991, морковь 46 66 45 ! 54 .........1......... 62 ' 23 23; 32 20 26. 24

*- прочерк в графа* означает гибель растений

жая растений или к его гибели. Известкование почвы полностью устраняло отрицательное действие цинка на урожай растений, но только при внесении доз СаСОз ло 3,0 и 6,0 г.к. эта закономерность проявлялась в прямом действии и последействии как цинка.

Внесение возрастающих доз цинка резко увеличило содержание этого элемента в растениях. Известкование почвы высокими дозами СаСОз снижало -содержание цинка в растениях до уровня незагрязненной почвы. Указанные закономерности можно проиллюстрировать результатами вегетационного опыта с сахарной свеклой за 1992-94 гг. {табл.10-11). Зависимость урожая и содержание в нем цинка от изучаемых факторов описывалась следующими уравнение регрессии;

У|= 57,43+ 52,97Са-6,730а1; 11=0.60 -

У1= 42,172п +48,08рН + 16.65 (2п*рН); 11=0/70

Уз= 130,79 - 85,95Са + 2,93Еп + 11.35Са* - 0,69(Са * 2л); 11=0.93

У, и У, - урожай свеклы, г/сосуд; Уэ - содержание Тп в свекле, мг/кг.

2.3. Влияние уровня РЬ в почве на урожай н качество продукции.

Детокснкаиня свинка. В отличие от кадмия и цинка действие свинца на урожай сельскохозяйственных культур было слабо отрицательным или не проявлялось вовсе. Это положение можно проиллюстрировать следующими уравнениями регрессии: У- 136,63 +■ 13,57Са - 0,03 РЬ - 1,89 Са1; 11=0.71; морковь, 1991 г. • У- 99,95 + 34,29 Са - 0,39 РЬ - 4,00 Са1; Н=0,81, сахарная свекла, 1992 г, У-54,98 + 0,14РЬ-0,0002 РЬ1; Я=0.47; столовая свекла, 1993 г. * У-15,73+ 46,46 №-5,7103*; Я=0.86; морковь, 1994 г., где У-урожай растений, г/сосуд Если в вегетационном и микрополевом опытах токсическое действие свинца . не проявилось, то содержание его в растениях особенно при внесении в почву в дозах 100 н 500 мг/кг возрастало в десятки раз (табл. 12 ). Известкование почвы высокими дозами по 3,0-6,0 г.к. снижало концентрацию свинца в расти-

Таблица 12. Влияние доз СаСОз в» детокснкаиию свинца него содержание в

растительной продукции (вегетационный опыт)

Варианты опыта Cawpea* neun, корнн, 92r Стодокш свекла« норки. 9 3r. Морковь, горна, 94 г.

Соперчвнвд cuntia ■ роется и «x, wr/*r сухого КЩССПЗ

•1 В + - от 1 + - от i s + - от

№ C.CO, Pb' СаСХЧ Pb cnco,

1, kCorrrpüju»; ■ 1.7 09

J. СлСО <»,25 г.к. 3.1 o.s

3. CaCOs 0.5 r t 3.4 0.7 ■

4. CaCCb 1,0 i.i 3.1 0.4 1 ■ 1

S. CaCCh 3,0 ml . 2.9' 0,4 !

6 CaCOi 6,0 rt. 31 0.2 (

7. №5(1 kaitr 5,1 2.4 - 1.7 0.3 1,91* |

S.CaCCh 0.1S + Pb utla 3.8 0.7 2.2 0.5 2.30 j 0.39

»CaCOi 0,5 + Pb 50 мг/кг 5.2 0,1 1.7 0.0 2,20 0.29

Ю.СаСО) 1.0 + Pb SO мпУг 1,1 -3,0 1.5 -0.2 046 -1.45

11 СаСОЗО + Pb 50 иг/и- 1.9 -3.2 1.0 -0.7 0,46 • 1.45

UCaCOs 6.0 + Pb № ut/a 2.0 -3,1 0.9 •0.8 0,54 -1.37

13. fb 1U0 ыг/кг 2S.S 22,8 12.7 11.8 13.00 II 09

IJ.CaCOjO.25 + Pb HM мг/ы- 17.6 -8.1 11.3 •1.4 10.00 ! -3.00 I

15<ЖХ>0.5 + РЫООы1/ет 21.5 t -4,0 . 90 -3.7 10.39 j -2.61 "j

t6.CeCOi 1,0 + № 10« иг/кг 5.8 -19.7 4.3 -8.4 5,5 1 •745 ;

17. CaCCb 3,0 + РЫ00 ur/tr 2.9 -22,6 2.5 -10.2 2.15 -10,85

IS.CaCOj6.0 ♦ №l(Xi нг/иг 3.1 •22,4 1.6 -ll.l 2 10 -10.90

19.FbKKIuifir . 7X8 70.1 17.9 17.0 30.78 | 2!.87

20.CaC»0,2S + Pb 500 ur/rr 68.7 -15,0 15.! -2.1 28,84; | >1.94

HdCChO.J + FbSOOnrtM- 31.6 -41.2 14.6 -3.3 23.25 .7.53

ЗЗ.СаСО. 10 +Pb 50(1 wr/tr 3 4 •64.4 IM •6,9 9.55 -21.23

2i СаСОЗ О ♦ Pb 50i> «u/W 6 0 -66,8 3.9 •14.0 3.70 -27.08

24.CaC06,0 + №500 ur/tr 5.1 -67,7 4 8 -13,1 3.51 •27.27

HCPoj 0,4! Го.« 0.6- i

*- условно принят в качеств« контрольного варианта

(1992) yitr» 3,1036 + !,036РЬ - 0,0213 (Ca Pb) R- 0,88

(1993) Уи»= 1,9124 + 2,6373Ca + 0,Ö739Pb +■ 0J795Ca — 0,0001 Pt> — 0,0039 (Ca-Pb) R-0,93

тельной продукции в 5-15 раз, доведя ее до уровня, близкого к незагрязненной почве.

По результатам вегетационных и мнкрополевых опытов установлено, что при валовом содержании тяжелых металлов (мг/кг): С<3 > 3; РЬ ^ 50; Си > 60; 2п> 100, обнаруживаемых в дерново-подзолистых, серых лесных суглинистых почвах с рН < 5,5,' в корнеплодах столовой, сахарной, кормовой свеклы, мор* кови и клевера накапливаются ТМ больше ПДК и проявляется фитотоксиче-ское действие, снижающее урожайность на 10-30 % против незагрязненной почвы>

3. Влияние сочетания торфа, навоза, цеолита с известкованием на детокеикяцню и содержание ТМ и растительной продукции

В факториал ьном вегетационном опыте (4x4x4) изучали эффективность известняковой муки (0;1;3;б г.к.), Сакирницкого цеолита и навоза (0; 5; 20; 40 т/га ) на загрязненной >ТМ почве (мг/кг): кадмия -10, цинка-300, свинца-200. Результаты показали, что по эффективности цеолит и навоз резко отставали от действия извести: *

У!-124,2+28,4Са-2,ЗбСа; Й=0,97 Уз~11,9Са-0^Саг+ 2.7Ц +8,0 Н- 0,1 Ж-О^Са-Ц; Р=0,95

где У^-урожаи моркови, г/сосуд, 1991 г.; Уз -урожай столовой свеклы, 1992 г. Са-известковые удобрения, т/га; Ц-цешшт и Н-органическис удобрения, т/га;

При внесении в почву 9 т/га СаСОз полностью устранялся фитотоксический эффект от внесения в почву ТМ, в то время как такое же количество цеолита и органических удобрений лишь частично снижало задержку в развитии растений от избытка ТМ в почве.:

Цеолит и навоз слабо изменяли концентрацию кадмия, цинка и свинца в растениях, в то время как известь снижала содержание этих металлов в 5-8 раз. (рис.!-2).

Результаты многолетнего вегетационного опыта показали, что торф значительно снижал отрицательное действие ТМ на урожайность. Это особенно проявилось в первый год на варианте, где был чистый торф н на фоне малых

Влияние извести и цеолитов на поступления Ш в корнеплоды моркови > мг/кг сырого вещества.

рис.

Влияние извести и цеолитов на поступления ТМ е- корнеплоды моркови , мг/кг сырого вешес таа. :

ТМлг/кг .

рис. & -

доз СаСОэ. Очевидно, абсорбционная способность торфа к водорастворимым ионам ТМ в первый год была настолько велика, что ТМ не оказали своего угнетающего действия, В последующие годы торф в 1,5-2 раза уступал действию высоких доз извести. Влияние чистого торфа на содержание РЬ, Сё, 2п в растениях также проявилось слабее, чем извести (табл. 13).

В микрополевом опыте, проведенном на дерново-подзолистой тяжелосуглинистой слабоокультуренной почве с различными мелиорантами при дозе кадмия 20 мг/кг почвы, его содержание в надземной массе клевера составляло 131-4 мг/кг в зависимости от формы мелиоранта. Сравнивая действие различных мелиорантов для детоксикации загрязненной кадмием почвы, можно отметить, что наибольшую эффективность имело внесение извести.

Таблица 13

Влияние СаСОд н торф я на лсюксияиню и содержание

Варианты опыта урожай - СЛ 2п РЬ

сырая масса, г/сосуд мг/кг сухоТо вещества

1.ЫРК+ТМ-фои 0,0 - -

2. фон + СаСО? 0,25 г.к. 0,0 - - -

3. фон + СаСО} 0,5 г.к. 54,5 17,62 90.0 10,0

4. фон + СаСО^ 1,0 г.к. 82,0 12,12 85,2 8.23

5. фон + СаСОэ 3,0 г.к. 71.7 2,29 53,9 2.76

б. фон + СаСО} 6,0 г.к. 75.) 2,14 49,7 2,73

7. фон + торф 68,1 10,5 93,0 4,42

8. фон + торф+ СаСО) 0,25 г.к. 65,1 ' 8,66 90,2 3,66

9. фон +-горф+СаС01 0,5 г.к. 88,6 6,52 89,1 3,49

10.фон+ торф+СаСОз 1,0 г.к. 75,9 . 6,07 83,6 2,87

11 .фон -Игорф+СаСОз 3,0 г.к. 62,7 2,73 67,0 2,30

НСРМ 11,2 3.0 13,7 1,27

Р% 6.5 8.5 1.1 10.4

* опыт проведен М.М.Овчаренко, Г. А. Графской и Н.П. Семеновой.

На произвесткованной почве содержание доступного растениям кадмия снижалось на 10-30"% и поступление его в надземную массу на 20-40 % в за-

в ней мости от содержания в почве, но ото было недостаточно для получения < продукции, соответствующей санитарно-гигиеническим нормам (табл. 14).

Таблица 14 Влияние различных приемов детокенкацми ТМ на содержание подвижного кадмия в почве и поступление его в растения клевера -

Вариант опыта мм кадмия, мгЛг почвы

0 10 | 20

СОЛЧ ржание мг/кг сухого вещества -

почва растения почва растения почва растении

Фон (Р^К*,). 0.12 0.3 7.0 8,0 16,5 15,0

Фон+кзвесть 10 т/га 0,09 0,2 6,1 4.5 12.1 13,0

Фон+ навоз 100 т/га 0,12 6.5 7,5 14,6 14.1

Фон + торф ЮОт/га 0,13- 0,3 6.5 7.3 »5.1 13,8

Фон+цеолит 100т/га 0,10 0,3 6.5 6.6 13,7 13,6

НСР.) 0,4; 0,2 1.2 1.1 2,5 0,9

5,5 4.9. 7.2 8.1 4.4- 9.2

В мелкоделяночных полевых опытах, проведенных по нашей методике, в Костромской, Владимирской, Солянской (Красноярский край). Тверской Государственных проектно-изыскательских станциях: (центрах) агрохимической службы, действие органических удобрений в чистом виде было меньше, чем извести по снижению фитотоксичности РЬ, Сй, ¿п и их содержания в расти- . тельной продукции (М.М. Овчарен ко, И.А. Шильников и др. 1996; М.М, Ов-чаренко; И,А. Шильников, 1997).

Таким образом, органические удобрения с одновременным повышением содержания гумуса в почве,: ослабляли токсичность - ТМ и их концентрацию в растениях, особенно в первый год их действия.

При совместном внесении извести с торфом, навозом фнтотоксичность ТМ резко снижалась, даже при невысоких дозах СаСОз,

В вариантах, где испытывал« цеолит (табл. 14), он не имел преимущества перед торфом и навозом и значительно уступал извести по снижению концентрации подвижного кадмия в почве и содержанию его в клевере.

Теоретическая часть этого яалення мы предполагаем находится в снижении заряда кристаллической решетки цеолита путем абсорбции из почвенного раствора [Н*] — нонов кристаллической решеткой [5|*04—► БЮзОН], ослаблении ее отрицательного заряда и перехода Ыа — кристаллической решетки в обмен-

ное состояние, и таким образом, произойдет только поверхностная адсорбция ионов кадмия кристаллической решеткой.

4. Содержание отдельных химических элементов—тяжелых металлов в растениях

Химический состав растений отражает в целом элементный состав почвенной среды. Отсутствие, недостаток или избыток того или иного изучаемого химического элемента в растениеводческой продукции может привести к ряду серьезных болезней растений, животных и человека (Б.А. Ягодин, 1998). По обобщенным данным (В.Г.Минеев,1990; А. Кабагта Пендиас, 1989; М.М.Овча-ренко,.И,А.Шнльников, Ґ.Ґ.Вендило и др. 1997), примерная концентрация, микроэлементов , в зрелых^ листьях для многих. видов растений! составляет (мг/кг сухой массы):

а) достаточная (нормальная ); СУ 0,03-0,2; Си 3-30; РЬ 3-10; Хп 20-150;

б) избыточная (токсичная) : С<15-30; Си 20-100; РЬ ЗО-ЗОО; 2л 100-400;

Приведенные значения содержания ТМ в растениях могут сильно меняться

для конкретных условий системы почва -растения, однако избыток, хотя бы. одного элемента - тяжелого металла. в почвенном растворе будет оказывать фитотоксичное действие на растение.

Поэтому основным критерием недопущения загрязнения растений тяжелыми металлами будет создание оптимальных условий среды в почве, при которых уровень ТМ не должен быть выше ОДК (дополнение №1), а мерой их накопления в> растениях должны ' служить ветеринарные и санитарно-гигиенические . нормы содержания ТМ в растениеводческой и пищевой продукциях для человека (ПДК) и животных (МДУ). *

Растениеводческая продукция, проанализированная с незагрязненных участков почв в.различных регионах России (табл.15) отвечала санитарно-гигиеническим требованиям по уровню ПДК ТМ и ветеринарным по МДУ ТМ. Однако, на почвах с повышенным фоном ТМ (Свердловская, Московская) в продукции накапливалось большое количество ТМ.

- Растениеводческая продукция, выращенная на почвах' искусственно загряз-

ненных ТМ (табв. 16 ) накапливала ТМ в зависимости от культуры и уровня; содержания ТМ в почве. Наибольшее содержание ТМ отмечалось в кормовой , столовой и сахарной свекле, наименьшее »' в картофеле;

Таблица I!

Содержание твжелы» металлов в растениеводческой продукции, выращенной ■ на загртненных почваа* (М.М.Овчаренко, Г.А. Графская/1991)

Г""................. Почвы Культуры N г/кгсухого вещества ?

са РЬ Си гп

Дерново-подзолистая, супесчаная слабоо культуре иная (Костромская оби.) картофель 0,05 следы 0,5 4,0

Дерново-подзолнстая; среднесуглнннстая. среднеокультуренная -(Тверская обл.) картофель свекла столовая -ку*уруза( зеленая -масса) 1.5 1.0 0,2 0,95 1,6 1.85 1,5 2.0 1,95 ., 4,75 7,0 8,5

Дерново-подаолмстая > картофель 1.0 следы 6,0 25.5

супесчаная Дерново-подзолиста* . суглинистая (Московская обл.) капуста морковь -свекла столовая - 0,045 0,175 0,2 0,15 0,35 0,9 1,8 4,1 7.5 17,5 24.5

Чернозем выщелоченный тяжелосугл инисты (Красноярский край) - картофель 0,05 1,45 8,0 , 17,0

Светло-серая суглинистая (Свердловская обл.) зерно: ячменя -овса 0,33 0.18 0,66 1,21 4,95 5,5 40,7 28,6

•образцы отобраны с контрольных вариантов мккрополевых опытов.

5. Влияние степени о культу ренностн почв,- реакции среды и гранул омет- : рнческого состава на дето кем каин к> ТМ и их фнтотоксичность.

5.1. Влияние степени окульту ренностн дерн о во-лодзол истых почв па урожай и качество растительной продукции: В производственных условиях загрязненными являются почвы, имеющие

различные агрохимические свойства и уровень о культурен кости в результате многолетнего применения органических, минеральных и известковых удобрений. Комплекс агрохимических свойств почв различной степени окультурен-ности может существенно влиять на подвижность тяжелых металлов и загрязнение ими растительной продукции. На Центральной опытной станция ВИУА

Таблица 16

Содержание тяжелых металлов в корнеплодах і» загрязненных почвах (иг/кг сухого вещества).

Культуры ^^ дозыТМ СУ 1п И>

° 3 о . 100- 200 ' 0 50 100

Вегетационный опыт(1992-1994)

Сахарная свекла Р 5.2 30 1 - ? 2,7 25,5

Сахарная свекла 1,0 9,0 12 44 | 121 216 0,9 1,7 12,7 ■

Морковь - ЗД 3,3 36 - І 90 ' - ■ - 1,9 13,0

Шкрополевой опыт (1992-1994)

Кормовая свекла 0,52 1,6 2,1 81 212 296 4,4 6,6 К

Столовая свекла 0,45 2,1 5,8 67 84 - 3,2 ■ 4.7 '

Морковь ■ 0,54 0,6 4,8 23 46 66 - - -

— дозыТМ 0,35 6,6 15>5 . 35,2 693 972 13,3 | 106 | 1336

Картофель (среднее за 1992-1993 г.) 0,1 0,08 0,15 25,7 68,4 148 6,2. І 7,6 | 30,1

изучалась роль окультуренности * дерново-подзолистой ' тяжеяосуглинистой почвы и различных мелиорантов в устойчивости агроценозов к токсическому действию тяжелых металлов.

Результаты микропалевого опыта за первые четыре года свидетельствуют о: том, что накопление тяжелых металлов сельскохозяйственными культурами < зависит как от свойств самих элементов; так и от свойств почвы и физиологических особенностей растений^ На неокультуренной почве растения накапливают больше кадмия и свинца, чем на окультуренной почве. Особенно это проявилось на бобовых культурах, в которых содержание свинца уменьшилось в растениях в среднем в три раза при содержании 300 мг свинца на кг почвы.

Таблица 17

Изменение продуктивности надземной массы клевера при загрязнении < почвы ТМ, % к соответствующему контролю_

Дом металла, мг/кг Дерново-подзолистая тяжелосугдинистая почв»

слабоокультуренная среднеокультуренна* хорошо окудь-гуреиная

фон фон + КЗ весть фон фон -невесть фон фон-*- извесп.

контроль 100 . 100 100 100 100' 100

кадмий

1 91 94 104 98 100 95

5 87 96 90 94 . 102 86

10 49 88 85 90 94 80

20 19 69 31! 70 87 76

самнеп;

60 88 104 105 105 96 101

125 80 104 108 105 98 98

250 58 102 88_ 102 90 92

500 35 106 64- 97 96 96-

медь

60 49 99 75 101 102 103

125 2 89 35 89 107 106

250 0 53 0 85 91 93

500 0 6 0 7 60 93

Ннн*;

125 92 74 1 49 99 . 97 107

250 6 75 - | 7 . 74 101 109

500 0 45 | 0 53 99 93

1000 0 7 ! 0 10 94 95

На седьмой год в микроподевом опыте выращивали клевер красный сорта ВИК-7, перед посевом которого в почву внесены минеральные удобрения из расчета Р&оК*).

Клевер красный по своим биологическим особенностям является культурой, чувствительной к реакции среды и плодородию почвы, а также, как показали каши исследования, к высоким концентрациям ТМ: На контрольном варианте опыта получен положительный эффект от повышения плодородия почвм и известкования. Урожайность клевера на слабоо культурен ной почве составила 96 > г/сосуд, на среднеокультуренной -111 г/сосуд и на хорошо окультуренной- 179 г/сосуд. Прибавки урожая от известкования этих почв составили соответственно (г/сосуд): 31,36 и 5,

Степень окультурен кости почвы в сочетании с известкованием позволили даже на фоне очень сильного загрязнения почвы кадмием, свинцом, медью и цинком получать урожай клевера на уровне незагрязненной почвы (табл. 17 ).

Растения/ про нарастаю и ше на хорошо окультуренной почве, были довольно устойчивы к кадмиевому загрязнению, и только при содержаний его в почве 20 мг/кг отмечается достоверное снижение продуктивности клевера.

Как и в исследованиях, проведенных на других культурах, медь оказалась наиболее токсичной для клевера в 1997 г., по сравнению с цинком и свинцом, причем, свинец оказывал наименьшее отрицательное влияние при одних и тех же дозах внесения, а значит, одинаковом валовым содержанием в почве. Слабо- и среднеокультуренкые почвы, имеющие повышенную кислотность, обладают наиболее низкой буферностью по отношению к избытку меди н цинка.

По степени токсичного действия на формирование надземной массы клевера ТМ можно расположить в следующий ряд: С()>Си>2л>РЬ.

Устойчивость агроценозов клевера к одному и тому же элементу на разных по окультуренност почвах была различной, хотя валовое содержание металла там было практически одинаковым.

Результаты наших исследований показали, что с повышением степени окуль-

туренкости почвы снижается подвижность всех изучаемых ТМ и их поступление в растения клевера (табл.-18)

Таким образом, окультуренность почв является важнейшим фактором регулирования содержания подвижных форм ТМ в почве и поступления их в рэсте-

■ , ''' • Таблица 18 С«тржми< подвижны« соединений тяжелых металлов _в почве м клевере (мг/кг суют-» вешеетпд)__

Окульту-рениость почвы кадмий ' свинец - '.цинк т меяь <-

почва растение почва растение почва растение почвд растение

Без итестксилння..

слабая 1 4,0 3.5 58,0 12,0 61.0 90.0 32,0 25,0

средняя' 3.8 3.3 52,0 10,5 57.0 81,0 . 26,0 18,1

хорошая. 2.8 2.0 37,0 4.8 46,0 48,1 19,0 11,0

НСР<и 0.5 0,25 4,5 2.3 3,5 6,3 3,9 4,8

Произвесткованная почва

Слабая 3.2 2,4 47,0 5,0 53,1 68.2. 24,0 15.0

средняя 3,0 2 Л 41,2. 4,8 50,0 .51.0 21,4 12,1

хорошая 2,6 1,0 21,0 4,1 34,0 40.2 10,3 6.2

HCP0J 0,5 0,2 4,1 2,8 4,1 5,8 . 3,3 2.5

Продельные нрну . (ПДК.МПУ) 0,3 6,0 5.0 23.0 50,0 3,0 30,0

Примечание: ыдмнй вжеен в возе 5 мг/кг, иедь-40, свинец и цинк-по 125 мт/кг почвы

нкя. Резко снизившийся уровень применения минеральных, органических и -известковых удобрений приведет к снижению окультуренности почв и, как. следствие, загрязнению растительной продукции тяжелыми металлами.

5.2. Влияние реакции среды в почве и концентрации кальция. ■ на содержание тяжелых металлов в растениях.

Почвенный раствор является главной средой • жизнеобеспечения, растений,

протекания всех химических и биохимических реакций. В научной литературе преобладающим является мнение о том, что основным действием известкования является устранение избыточной кислотности почвы (Д.Н. Прянишников, 1955; С.С. Ярусов, 1941; Н И. Алямовский, 1966; Н С.Авдонин,1969; О.К.Кед-ров-Зихман,1953;196!; И.А; Шильников, 1984; 1989; 1997; И.А. Шильников,

JIJLЛебедева,1987; М.Ф." Корнилов и др. 1971; А.Н. Небольсин 1985,1992; 1999; Т.Н. Кулаковская и др., 1981; Bergmann W.,1963; Gajek F.,1980; Pfaff С,1967).

Работами O.K. Кслрова-Зихманз (1957) экспериментально доказано, что решающим фактором для роста и развития растений является оптимальная реак-. ция среды а почве. Вопрос .же о роли реакции среды и почвенного кальция в снижении токсичности ТМ остается открытым. С целью его выяснения нами были проведены многолетние вегетационные к микропелевые опыты.

Кислотность почвенного раствора, характеризуется концентрацией водородных ионов. Ионы водорода почвенного раствора создают, в определенный промежуток времени отрицательный н положительный заряд в молекуле воды. Среднее время нахождения иона водорода у молекулы воды в виде [НзО*-] со* ставляет 1,3*10-|1сек. (0_Я.Смояуховский,1957).

При внесении в почву соединений СаСОз происходит, взаимодействие поверхности твердой фазы СаСОз с молекулами воды, несущих водородный нон > (С.Н. Алешин, .1970), В результате гидратации на поверхность кристаллической решетки СаСОз попадает ион водорода и реакция гидролиза протекает с подщелачнванием среды:

[CaCOjJn + [ НэО+Jm [СаСОф-х + (Ca(HCO,i)+)x (toOJm Находящиеся в, зтог'период в почвенном растворе соли ТМ, имеющие большее сродство к. образованию трудцорастворимых гидрокарбонатных соединений, чем Ca2-»-, взаимодействуют с Ca(HCOi)i появляющимися в почвенном растворе с образованием новых соединении:

Са(НСОз)г + Ме^ Са^ + Ме(НСОз)1 При повышении величины pH почвенной среды у растений снижалась фито-токсичностъ и концентрация ТМ: Это подтвердилось ранее описанными экспериментами и вегетационным опытом с кормовой, столовой свеклой н морковью при внесении в качестве мелиорантов загрязненной ТМ почвы: из вест- -някосой и доломитовой муки, оксида кальция, гипса н углекислого натрия, (табл. 19)

Таблица 19

Влияние форм мелиорантов в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами «я урожай __ сельскохозяйственны» культур (микрополевой опыт, 1992-1994 годы)' _;_

Сельскохозяйственные культуры

Варианты опыта Кормовая свекла Столовая свекла Г Морковь Ячмень . Клевер

урожай | прибавка урожай Прибавка урожай [ прибавка | урожай прибавка урожай ( прибавка ,

сухая масса, г/сосуд

ЫРК+ЕТМ-фон „» 140 - 2.98 ■ - 1.4 -

Фон + СаСО) 0.5 г.к. 223 24 330 190 5.70 2.72 11.7 /10,3 ;

Фон + СаСО) 3.0 г.к. 533 108 275 135 5,43 2.45 13.2 11.8

Фон+Дад. и.0.5г,*. 200 * 46 410 270 5.оз: 2.05 11.6. 10.2

Фон+Дол. м. 3.0 г.к. . 516 462 378 238 6.20 3,22 17.7 163 ■:

Фоя+Са00.5лх .186 6 335 195 5.09 2.11 8.6 7.2

Фон + СаОЗ.Ог.к. 673 237 465 : 325 5.28 2.30 15.5 14.1

Фон + №йСО) 0.5 г.к. 480 93 284 144 4.83 1.85 52 3.8

Фон + ЫмСОз 3.0 г.к. 953 190 402. - 262 ... 5.92 2.94 13.7 12.3 :

Фон+Са$04 05r.it- - ■ - . 133 -7 4.24 1.26 3.0 1.6

Фом 4 Сі$041.0 г.к - 20 -120 4.02 1.04 1.0 -0.4

НСРо^ 22 ' 19 и и

♦-прочерк а графах означает гибель растений

Результаты исследований; показали, что ¿амые высокие прибавки урожая корнеплодов получены-при внесении тройной дозы СаСОз, доломита и в меньшей степени углекислого натрия. Действие аналогичной дозы СаБСи было в 3,5 раза слабее, несмотря на то, что растворимость СавО* на два порядка выше, чем у СаСОз.

В последействии указанная закономерность сохранялась.. На вариантах с внесением СавО» в большинстве случаев урожай погиб. На оставшихся вариантах с гипсом загрязнение продукции С*1, 7л, РЬ было в 1,5-2,0 раза выше, чем на фоне карбонатов и в том числе и на варианте с ЫагСОз (табл. 20)

В опытах С картофелем при высоком н очень высоком загрязнении почв О), Та, Си и доведении рН'до 7,5*7,6 получен урожай клубней на Л 0-14 % ниже контроля^ (рН 5,7*6,1), а содержание кадмия. не превышало 0,033 мг/кг (ПДК=0,03).

Таким образом,^ решающее влияние на токсичность ТМ в почве оказывает уровень ее реакции среды; а значение катионов Са и Ма в воднорастворимых солях было второстепенным:

5.3. Влияние гранулометрического состава дерново-подзолистых ночи ■ и чернозем« на токсичность тяжелых металлов и нх содержание -в растительной продукции.

Среди факторов, влияющих на токсичность ТМ; существенное значение

может иметь гранулометрический состав. Можно предполагать, что на почвах легкого гранулометрического состава, обладающих.меньшей буферностью, отрицательное действие ТМ на урожай растений « их химический состав будет проявляться в большей степени.: Однако этот вопрос исследован недостаточно, вследствие чего не нашел пока полного отражения в существующих нормативных документах по содержанию токсичных элементов в почве..

Результаты многолетнего вегетационного опыта показали, что токсичность тяжелых металлов на супесчаной почве в среднем в 2 раза выше, чем на суглинистой. Только в одном случае на супесчаной почве урожай был выше, чем -на суглинистой (табл.-21).:

- Таблица 20

Влияние форм мелиорантов в условиях іагряшеїшя почвы тяжелыми металлами на содержание

в растениях СД, ХщРЬ (микропалевой опыт, 1992-1994 г.г.) _

Варианты ■ Кормовая свекла, 1992 г. Столовая свекла, 1993 г. Морковь, 1994 г.

опыта Сй 2п РЬ Сс! 1 га РЬ С* ! 2п ! рь

ыг/кг сухого вещества

КРК+ХТМ-фон - : - - - . - 1.20 77,0 1.53

Фон+CnCOJO.Sr.it 1.07 85.7 4.85 1.42 183.0 . 2.40 0.66 60.0 1.53

Фон+СаСО)Э.Ог.к. 0.90 86.6 4.04 ■ 0.67 65.9 1.83 0.31 25.7 0.57

Фон+Дол. м. 0.5 г.ь 0.76 84.4 : 4.29 1.01 121.2 3.59 0.54 48.9 0.92

Фом +Доя. м. 3.0 г.к. 0.31 79.0 4.18 0.94 61.6 2.30 : 0.42 26.0 0.51

Фок * СаО 0.і г.*. 0.78 77 2 1.80 . - ■ - ' 0.81 65.6 1.43

Фон + СаО 3.0 г.к. 0.47 86.7 , ■3.99 0.66 58.1 1.88 0.25 28,1 0.71

Фон+N1100) О.Ігх 0.76 76.8 '3.53 : 0.69 63,4. 2.31 0.57 68,5 1.98

Фов + ЫааСОэЗ.Ог.к. 0.78 81.6 3.94 ■ 0.56 52.0 1.01 0.43 44.1 1.03

Фон+Са5См 0.5 г.к. - - : - ' - ■ - ■ 1.46 65.9 2.73

Фон + 0(504 3.0 г.к - - , -

НСРм 0,13 7,2 0,51 ' 0,6 24,3' 0,57 0,18 | 213 0,4

прочерк в графах означает гибель растений

- 4з;-

Таблица 21

Шшіннеш СаСОз на дткснкацню ТМ на дерново-подмлнстых мим р»-личного пинтламорнуїк«» с*сг»в» (кгжинопный опыт, 1991-44 гг.)

Варианты * - Культура, год суглинок' | супесь

урожай

г/сосуд % г/сосуд %

1. МРК + ТМ - фон 36 100 ... 0

2. Фон +■ СаСО) 0,25 г. к. 55 100 0

3, Фчи + СаСО! 0,5 г.*. морковь,. 1991 г. 61 100 О

4. Фон + СаСО» 1.0 г.к. 128 100 104 81

5. Фон + СаСОэ 3,0 г, к. 148 - 100 69 47

6. Фом + СаСОї 6,0 г.*. 125 100 56 45

НСРол 4.0 6,0

4. Фон + СаСОз 1,0 т.к.' сахарная -свекла,. 1992 г. ■ 130 100 59 45

5. Фон + СаСОї 3.0 г.к. 112" 100 132 118

6, Фон + СаСОз 6.0 г. к. 140: 100 94 67

НСР П.1 19,2

3. Фон + СаСО» 0,5 г.к столомя свекла, 1993 г. 55 82 100 100 0

4, Фон + СаСОї 1,0 г.к. 59 72

5. Фон + СаСО» 3.0 г.к. 72 . 100 52 73

6. Фон + СаСОз 6.0 г.к. 75" 100 48 63

НСР», 3,0 ! 2.5

3. Фон + СаСО» 0,5 г.к морковь, 1994 г ■ ' 8 100 7 0

4. Фон + СаСО» 1,0 г.к. 28- 100 8 30

5. Фон + СаСОч 3,0 г, к - 80 100 35 44

6. Фон + СаСО! 6.0 г, к. .88 100 55 63ш

НСР0, 4,2 6.2

Среднее ) 100 53

*- на отсутствующих вариантах растения погибли;

Таблица 22

Клнянне д«т СаСО) иа детокснкацня ТМ при различием гранулометрическом составе лерпово-иоділ.1 истых почт (вегетационный опыт, среднее чя 1992-1994 гады) •

Суглинистая почва | Супесчаная почва

Варианты опыта • СО 2«. РЪ Сд ( гп И>

Содержание в растительной її рол пни

4№К + £ТМ<-СаСОз ),0г.к. 100 100 100 190 | 104 170

5. ЫРК + ЕТМ+СаСО» 3,0 г.к 100 100 100 237' | 103 122

6 НРК + ІТМ<-СаСО! 6,0 г.к. 100 100 100 136 ; 99 132

Среднее 188 1 102 141

Содержание кадмия и свинца в корнеплодах на супесчаной почве было выше

соответственно в 1,9 и 1,4 раза, а по цинку не имело различий (табл. 22). В це-

лом влияние гранулометрического состава почвы на токсичность кадмия, цинка и свинца и нх концентрацию в растениях было выражено значительно слабее уровня реакции среды в почве.

Результаты вегетационного опыта, в котором сравнивали токсичность тяжелых металлов^ в .отношении столовой - свеклы на: супесчаной' дерново-подзолистой почве и суглинистом черноземе показали, что на вариантах - без внесения кадмия, свинца и цинка на обеих почвах получены примерно одинаковые урожаи. После внесения, тожелых металлов на дерново-подзолистой супесчаной почве растения погибали,- а на черноземной почве — растения сохранились, Однако содержание ТМ' было в 2-3 раза в растительной продукции была выше; чем на контроле. Следовательно, токсичность от равной концентрации кадмия,-цинка и свинца на черноземе не проявилась, а увеличилось

^ Н^ - . г- ^ Ч*. -

только загрязнение продукции этими металлами.'

':■ I Т.. .'* '

г ; ■ г..

Миграция кадмия,'цинка и свинца из корнеобктаемого слоя дерново- ■' , ' <. I ! ' подзолистых почв. В первый год после внесения в супесчаную почву концентрация кадмия в ин-

фнльтрационкых водах возросла до 0.01-0,04 мг/л, ра следующий год она снизилась в 3-4 раза, а в последующие годы-уменьшилась до уровня 0,002-0,003 мг/л и существенно не отличалась от вариантов с незагрязненной почвой. Аналогичная закономерность имела место и на тяжелосуглинистой почве с

»¡■1> .'IIIV '1 НС.' I'. I 1 П&'ЛЮ1«С>1 1 (И- >

той лишь разницей,;что в(первыЙ!-гч)д;110Сле( внесения концентрация кадмия

была на порядок'ни же* (0,00^,00? *м г/л).' Потери'кадмия с инфнлырационны-

ми водам и''в первый год составили-0,02-0,03. мг/кг почвы, а в последующем

снизились, до 0,01-0,04 от внесенной дозы и составили менее 0,001 мг/кг

почвы. Суммарные количества отчуждаемого из почвы С<1 (вымывание + вы! I

нос растениями) за 4 года не превысило 2,4% из супесчаной и б % из суглинистой почвы' от внесенной дозы

- -Концентрация'2п в лизиметрических водах из обеих почв контрольного варианта (без удобрений) составляла 0,5-4,0$ мг/л. Известкование на протяжении

-45-4 лет устойчиво снижало концентрацию этого элемента в 2 раза. Внесение водорастворимой сопи 2п в первый год увеличило концентрацию в среднем в 100 раз на супесчаной почве, доведя ее до 2-3 м г/л. На второй год концентрация «Хп в варианте с однократной дозой этого элемента уменьшилась до 0,03 мл и в последующие годы не превышала 0,02 мг/л..

При внесении тройной дозы 2п в супесчаную почву концентрация этого металлам инфильтрационных. водах уменьшилась на второй год до 0,06-0,16 мг/л и в последующие годы находилась в интервале 0,002-0,06 мг/л. Концентрация 7л в лизиметрических водах из тяжелосуглинистой почвы в динамике -изменялась аналогично, но в количественном выражении была в 2-3 раза ниже, чем из супесчаной. Концентрация 2л в лизиметрических водах под травами во все годы наблюдений не превышала 0,03 мг/л.

Потери 7л с лизиметрическими водами из супесчаной почвы в среднем были в 10-18 раз больше, чем из суглинистой^ На обеих почвах 90-95 % потерь этого элемента произошли в первый год,'В последующие годы, по мере перехода водорастворимой формы 7п в менее подвижные, потери этого металла снижались на 2 порядка и становились минимальными;

В целом суммарные среднегодовые потери 7л составили десятые н сотые дели процента от внесенной в почву дозы, что свидетельствует о чрезвычайно медленном процессе очищения загрязненной этим элементом почвы.

Концентрация РЬ в лизиметрических водах в течение 4 лег была подвержена меньшим колебаниям, чем 2л и Сс1. В первый год на супесчаной почве она колебалась в интервале 0,03-0,05 мгУл. и сохранилась, та кой же в течение следующих двух лет. На четвертый - год она уменьшилась до 0,002 мг/л. На тяже-лосуглннистой почве концентрация • РЬ в инфильтрационных водах находилась в интервале 0,06^0,13 мг/л н в следующие годы снизилась до 0,002 мг/л. На. обеих почвах при внесении тройной дозы ТМ содержание РЬ в воде было примерно в 2 раза выше. Заметного влияния доз СаСОз на концентрацию РЬ в лизиметрических водах не отмечено.

Суммарные потери Pb из ксрнеобитаемого слоя почвы за 4 года составили 0,1 -0,3% внесенной дозы. В целом это свидетельствует об очень медленном процессе естественного очищения почвы от этого металла. При этом существенной разницы между потерями вследствие выноса урожаем и вымыванием с инфипьтрацнонными водами (по абсолютным значениям цифр) не отмечено.

Таким образом; результаты лизиметрических исследований показали, это загрязненные Cd. Zn и Pb почвы очищаются за счет естественных процессов (выкос урожаем, вымывание инфильтрационкыми водами) очень медленно,

;4 l. * ■ . . ' ,

■ < ' ■ ' ''..■■■,." i'.-., 1t . 1 г . . . ' 1. Бшиспжелмх металлов в почве

Баланс тяжелых металлов в почве - это количественное выражение процесса. учитывающего все источники их поступления и расхода в течение определенного промежутка времени. Баланс характеризует перспективу (отдаленную и близкую) изменения экологической обстановки по загрязнению почвы, рас- " тений, фунтовых вод и воздуха токсическими элементами.

Баланс цинха, меди, свинца, никеля it кадмия в дерново-подзолистой почве

« ü , : чч и,1 «i - , _

ta базе длительных палевых опытов Центральной опытной станции в Домодедовском районе Московской области показал, что основной источник поступления Zn н Си в почву — атмосферные осадки, поступление этих элементов с удобрениями н известью составляет 2-10 % от общего количества. И только . при внесении органических удобрений в почву поступает Zn -61 %, Си-59 % от их общего прихода. Основная масса Pbl Cd и Ni поступала в почву с удоб-реки «ми и известковыми материалами. Вынос из почвы Zn и Си растениями

' составил 70-96 % от общих потерь, а для Cd и Ni — около 50 %. В целом ба-

■,"-■■ r.fi "»."■■ '¡ч ■ '.i;-; г <i'¡. <; ---'"i . • \ и. -

ланс свидетельствует о том, что для всех металлов он положительный, то есть

i: t.1-:-" ¿(.-..YiiiM i Г'> -j-t.ii.si/ .>14 ■ _

происходит их аккумуляция в поверхностном слое почвы. Среднегодовое на- ' .1 : >. И ).Kt- i'*-C.¡ ' í I i ' ' < - '

копление металлов в почве составило незначительные величины (мг/кг): Cd -'o.OOoi^.OWS.^b^'.Ol.NMJ.Ot - 0.15-0,20. Cu - O.O35.0I.A. Черных 1995 г.) Нами проведен {»счет бал.икха ТМ в земледелии Нижегородской области за

1990-1999 гг.(табл.23). Полученные, расчетные данные за 1990 г. свидетельствуют о том, что внесено ТМ(%): с минеральными удобрениями (140 кг д.вЛа) - 3; фосфоритной мукой - 23; известью - 60; органическими удобрениями - б и атмосферными осадками - Я.

Всего в сумме внесено за год 2297,6 г/га тяжелых металлов: среди которых наибольший удельный вес занимают Сг, 2п, Си, среди которых 2л и См будут использоваться растениями в питании в качестве микроэлементов.

Суммарный вынос ТМ с урожаем и инфильтрационными водами составляет только 10 процентов от поступления: Хотя в целом, баланс положительный, но уровень поступления ТМ в почву настолько мал, что совершенно не может загрязнить почву и растения. Приведенные расчеты баланса тяжелых металлов за 1999 г., показали; что земледелие Нижегородской области снизило применение минеральных удобрений в 5 раз (29 кг д.в./га), внесение извести в 20 раз и фосфоритной муки в 10 раз, а также органических удобрений, как следствие, урожайность снизилась в 2 раза против уровня 1990 г.

Суммарный приход ТМ на пашню составил 191 г /га, что в 10 раз ниже поступления ТМ в 1990 г. расчеты показали, что наступил отрицательный баланс, по Си и 2п (табл.24).

Выполненный ¡нами расчет баланса в земледелии Московской области за

1991-1999 тт., подтвердил ту же закономерность резкого снижения поступления ТМ в почву, как и в Нижегородской о&пасти. Однако, остаются до сих пор загрязненными почвы Балашихинского, Люберецкого и Ленинского районов, на которые, в 1985-1990 гг. вносили повышенные объемы - осадков сточных вод. В почвах этих районов содержание Сс1 в 30-70 раз выше, чем в среднем по области. Вследствие такого высокого уровня загрязнения почв в Московской области необходимо. провести внедрение научно-обоснованных приемов по детоксикацни ТМ в почвах. ' '

Исследования, выпшвенные нами по Брянской области, показали, <по участки пашни, сенокосов и пастбищ, загрязненные тяжелыми металлами, клк

Таблиці 23 Білане тяжелых металлов на пахотных угодьях Нижегородской области » расчете на 1 га Сс внесением минерадьных и Органических удобрений, извести я фосфоритной мукиН|990 г.)

Поступление на поверхность почв. г/г^,чнслгп«^ %*>шиемтеле Вынос из почвы, г/га Баланс

С минеральными ■удобрениями фосфор»* товаиием мвеетхо-миием органическими : улобре-; ■ ■ ниямн - атмосфер* иыии осшами; суммарные приход . урожаем син-фильтр«-. иней суммарный рас* - ход + г/га + мг/кг почвы

' -- С<1

0.« 3 0,7 0,5 - 4,0 :7,8 °'8 1 - V . 1.3 2,15-1 (Г1

г ' 8 2І-- -9 6 _ 52

РЬ

1.9 - 16 1.1 0.5 34,3 53,8 12 . 4 . 39,8 13,3*1(Г

~ 4. " 30 ...... 2 ■ 1 63

.... .. . - іч'і

5,8 и 19,4 г,в 15 58,0 12 ■■ з * 15 * 43 14,31 От"

-10 • ■■ ¡6 " '5 26 '

Си

14,5 ИТ 316,8 19,4 10 497,7 24 3,0 27 ' 470,7 15,7-10"»

3 27 64 4 2

їй

18,6 - ■ 195 453,6 31,6 80 778,8 .160 12 щ 606,8 20,2*10"1

3 2) ' 58 4 10

Сг

29,9 180 583 Д 73.4 35 901,5 4,0. 5,5 896 26,5-ЮГ"

3 20 65 ■ 8 4

Всего -

ТІ.З 535 1374.8 128,2 178,3 2297,6 . 212,8 24,0 236,8 2060,8 68,7* 10^

3 21 60 6 8

Таблица 24 Баланс тяжелых металлов на пахотных угодьях Нижегородское области в расчете на 1 га (без внесения Органически* удобрений, «вести, фосфоритной муки) (1999 г.)

Поступление ТМ на поверхность почвы г/г«/ % Вынос ТМ из почвы г/га Баланс

с минеральными удобреннями с атмосферными осадка-. ПК суммарный приход урожаем 1 с инфильтрацией суммарный расход + г/га + мг/га

С<1

0.1/2 4,0/98 4,1 0,4 0,5 0,9 3,2 1,0<И<Г>

РЬ

0^/1 . 343/99 34,6 6 4 .10 24,6 8,2-1 СП

№

1,0/6 • 15/94 16 6 3 9 7 2,3-1 СП

Си •

4,5/31 10/69 14,5 з 15 -0,5

2п

3,7/5 80/95 83,7 80 12 92 -83

Сг

6,4/15 35/85 41,4 2 1,5 33 37,9 12,6-1 (Р

Всего

13,0 178 191 106,4 23 129,4 61,6

93

правило, прилегали к предприятиям химической .и. металлургической * промышленности,- вблизи ТЭЦ и в хозяйствах, на полях которых не нормировано вносили осадки сточных вод; шлаки, отходы цементного производствам

На удобряемую пашню Брянской области (1205 тыс: га) в 1981-1990 г. вносилось по 195 кг д.в. минеральных удобрений, с которыми среднегодовое поступление ТМ составило около 85 г/га в год. За последние 9 лет: 1991-1999 тт., внесение минеральных удобрений составило 85 кг/га, с которыми вносится ТМ только 35 г/га в годили по 0,012 мг/кг.:

Таким образом результаты балансового метола расчета по тяжелым металлам в конкретных регионах России; показали, что при имевшемся до 1990 г. уровне интенсивности применения удобрений и мелиорантов в почве происходило накопление ТМ. Баланс был положительным. Однако, количество поступающих я почву ТМ с удобрениями и мелиорантами было настолько мало, тго практически значимое изменение их содержания в почве может наступить через очень длительный промежуток времени, кроме поча, где вносили ОСВ,-

В целом использование расчетного метода ■ баланса ТМ в почве позволяет сделать прогноз направления экологического состояния агроценозов и применить технологические приемы подетоксиканин ТМ.

Выводы.

1. В системе мониторинга за плодородием почв из обследованных около 25 . млн. га пахотных земель России впервые выявлено около одного миллиона гектаров почв, загрязненных тяжелыми металлами. Загрязнение ТМ носит локальный характер и не имеет сплошного распространения.

2. Теоретически обосновано и экспериментально доказано, что максимальное закрепление тяжелых металлов в почве происходит при слабощелочном уровне реакции среды и значении рНк! выше 6,5. \

3. Впервые установлено количественное содержание тяжелых.металлов; Си, Со, Мп, Ж, РЬ, 2п, СЛ н Ад в калийных, фосфорных и азотных удобрениях,-выпускаемых на: химических - предприятиях' Российской Федерации - и ; стран

СНГ. Азотные; калийные- и фосфорные удобрения по содержанию тяжелых металлов относительно почв являются «чистыми».

4. С помощью прогнозных расчетов установлено, что при внесении научно-обоснованных доз минеральных удобрений в полевых севооборотах в период широкой интенсификации земледелия с минеральными удобрениями поступало в почву ежегодно (мг/кг): Сг-0,004; Си-0,002; N¡-0,001; РЬ-0,0005; Ак-О.ООЗ; Сд-О'00008, а в овощных севооборотах (мг/кг): Сг-0,02; Си-0,01; N¡-0,008; РЬ-0,003; 2 о-0,018; С<}-0,0005.

Для удвоения фонового содержания валовых или подвижных форм-ТМ в почве за счет фосфорных удобрений потребуется единовременно внести на гектар пашни согни тонн физической массы удобрения.

5. Для детоксикацин ТМ в загрязненных почвах можно использовать: известняковую, магнезиальную, долом нтизированную и доломитовую муку, а также салропели Западной Сибири, которые по суммарному показателю загрязнения соответствуют нормам ТУ «Сапропелевые удобрения» и могут быть использованы в качестве удобрений и мелиорантов.

6. Установлена интенсивная миграция кадмия из пахотного слоя на песчаных н супесчаных дерново-подзолистых почвах при внесении высоких лоз осадков сточных вод, что может вызвать загрязнение грунтовых вод. Поэтому на почвах легкого гранулометрического состава применение осадков сточных вод рекомендуется запретить.

7. На почвах, загрязненных кадмием (10 мг/кг), раздельное внесение торфа, навоза и цеолита уступало действию извести по детоксикацин н накоплению этого металла в растениях. Главным фактором снижения токсичности ТМ являете* повышение реакции среды в почве, при этом роль кальция является второстепенной.

8. На дерново-подзолистых почвах, загрязненных (мг/кг): кадмием - 10, цинком - 300, свинцом - 200 (валовых форм) или одним из указанных элементов, для максимальной детоксикацин ТМ, необходимо вносить не менее 3-* доз

СаСОЗ, рассчитанных по гидролитической кислотности, чтобы довести в почве рН до 6,5-6,7.

9. На хорошо окультуренной дерново-подзолистой почве (рН > 6,5) токсичность от О) > 5, Си, гп, РЬ 100-200 мг/кг почвы на растениях практически не проявилась. На средне окультуренной —урожай снижался до 10 процентов, а содержание ТМ было к 2 раза ниже, чем в растениях на неокультурен ной и, произвесткованной почве. На неокул куренной и непроизвестко ванной почве растения от ТМ погибали.

10. Испытываемые сельскохозяйственные культуры по накоплению ТМ в продукции разместились в следующей. очередности: кормовая: свеклаХлоловая свекл а>морковь>капуста>кукур уза. на - силос>картофель>ячмснь зерно>овес зерно при выращивании • на дерново-подзолистых, серых лесных почвах и выщелоченных черноземах, л по> проявлению, фитотоксичности и способности накапливаться в растениях в избытке, ТМ разместились в следующей последовательности: С<1>Си>2п>РЬ.

11. Результаты лизиметрических исследований показали,- что миграция С<1, 7л\ и РЬ с кнфнльтрационными водами происходит крайне медленно. За 4 года из загрязненной ТМ почвы потери с инфильтрационными водами составили (% от внесенной дозы) : С(1 0,1-0,9 (20-81 г/га); 2л 0,01-0.6 (100-3571 г/га); и РЬ 0,06-0,28 (154-333 г/га).

Трансформация ТМ из почвы в растение и в лизиметрические воды была неодинаковой. Вынос с урожаем за 4 года кадмия был в 20-30 раз больше, чем с лизиметрическими водами, а по свинцу наоборот, вынос с лизиметрическими водами был в 2-3 раза больше, чем с урожаем. На песчаных почвах Сс1 обнаруживается на глубине 1 м. .

12. По результатам многолетних.вегетационных и мнкрололевых опытов с широким набором концентраций ТМ: С<1,2л, РЬ (4 концентрации) и доз извести (6 доз) установлена закономерность изменения урожайности от токсичности ТМ и их накопления в растениях в зависимости от уровня реакции среды и

содержания ТМ в почве,,которая описана следующими уравнениями регрессии: У1С4 - + К-0,79

■ У2С4- 1,08-1 ,25*Са;+ 0,61 :СЛ + 0,18 Са' - 0,02С<1г - 0,06(Са Сс1); Я°0,9Э У|2а = 57,44 + 52.97 Са-6г73 СаП К-О.б - У22.-130,8-85,9Са+29,42п+11.4СаМ).7(Са-2п); КН),93 Ун»=99.95 + 34.29Са - 0,39-РЬ - 4.0'Са1; И=0.8 Г У«. = з! I+0.1РЬ-0.02<Са РЬ); й- 0,88.

У] -урожайность, г/сосуд; Уг - содержание элемента в растениях, мг/кг;. все уравнения рассчитаны по данным второго года исследований.

13. При существовавшей к 198Ы990 гг. в России системе удобрений и антропогенной нагрузке в земледелии, баланс для всех ТМ оказался положительным, однако ежегодное их накопление составляет десятые и сотые доли процента от фонового содержания ТМ в почве и не представляет угрозы загрязнения почв н растений за счет удобрений, В среднем с 1 кг ИРК при среднем соотношении №Р:К*» 1:1:0,5 вносилось Сг, Со, РЬ, Сс1 в сумме 0,4 (3 г/га почвы,

14. В целях снижения накопления < СУ; РЬ, 7м, Си, в растительной продукции * разработаны научно-обоснованные приемы детоксикации ТМ для загрязненных почв с обязательным внесением расчетных доз СаСОз и доведением величины рН м выше 6,5. . .

Предложения науке н производству.: . .

На основания проведенных исследований рекомендуются в производство следующие мероприятия и методики для практической работы:

1. На кислых дерново-подзолистых почвах с рН ш < 5,5 (супесчаных, суглинистых и глинистых) загрязненных (мг/кг): кадмием > 3; свинцом > 50; медью > 60; цинком > 100 валовых форм, необходимо проводить -, внесение 3-6 доз СаСОз , рассчитанной по гидролитической кислотности, чтобы довести рН до 6,5 и получить незагрязненную продукцию.

2. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами рекомендуется использовать салропели (карбонатные, гумусно-карбонатпые) для детоксккацин

ч ТМ с доведением в почве рНм до 6,5. % 3.' При обследовании почв необходимо использовать:«Методнческне указания по обследованию почв сельскохозяйственных угодий н продукции:■

растениеводства на содержание ТМ, остаточных количеств пестицидов - н радионуклидов» М. 1995 г., подготовленные в соавторстве с Кузнецовым A.B., Поляковым А.Н., Луневым М.И.

4,- Оценку почв необходимо проводить по разработанным «ОДК тяжелых металлов н ыЫшьякз в почвах (дополнение № 1 к перечню ПДК и ОДК 6229*91) М. Госсанэпиднадзор, 1995 г.», выполненные совместно с Русаковым Н.В., Тонким Н.И., Великаноаым Н.И.

5. Для проведения анализа почв; растений; кормов на содержание тяжелых металлов рекомендованы; «Сборник методик по определению тяжелых' металлов в почвах, тепличных фунтах и продукции растениеводства» М. 1998,97 е., подготовленный совместное Кузнецовым A.B.'

Список

основных работ, опубликованных по теме диссертации,

I. Овчаренко М.М, Сто ко зов Н.П., Захарова Э.Г.- Агрохимическая характеристика .

почв сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. М„ 1992,160с. 2 Овчаренко М.М - Методические ухаэання по проведению локального мониторинга на ре первых участках. М, 1993,16 с.

3. Овчаренко M.MJ, Величко В.Л., Лебедев СЛ., ПА. Графская — Влияние извести

и цеолитов на. поступление Cd, Zn, РЬ в корнеплоды моркови. Тяжелые металлы и радионуклиды в агросистемах. М,Изд-во МГУ, 1994, с. 194-201.

4. Черных. Н.А^ Овчаренко М.М. и др. -Приемы снижения фнтотоксичностн тяже '

лых метвляов. Агрохимия, 1995, №7, с. 101-107. ,

5. Овчареюсо М.М., Прнжукова В.Г., Шаймухаметова A.A. — Методические указания -

по определению катнонно-анионного состава грунтовых и поливных вод. М, 1995,59 с.

6. Овчаренко М.М.—Тяжелые металлы в системе почва - растение -удобрение.

Химия в сельском хозяйстве, 1995, №4, с. 8-16. - •

7. Овчаренко М.М,, Кузнецов A.B., Платонов И.Г.- Агробиологическая характерис-

тика с&пропелей Западно-Сибирского региона. Химия вс.х., 1996, №6, с. 21-23. ' ,

8. Архипченко И.А., Овчаренко М.М. - Бноудобрсние БАМШ1. Химия в сельском

. хозяйстве, 1996. №6, с. 3-5.

9. Овчаренко М.М^ Шильннков И.Х, Вендило Г,Г„ Черных H.A., Аканова Н.И., Графская ГА., СопеяьнякТ.Н., Аристархов АН., Кузнецов A.B., Никифорова -

М.В. Книга: Тяжелые металлы в системе почва -растение- удобрение. М„1997.290с.

10. Шильннков И.А, Овчаренко М.М, Никифорова М.В.. Аканова Н.И., Миграция

кадмия, шика, свинца и стронция из корнеобнтаемото слоя дерново -подзо-' листых почв. Агрохимический вестник, 1998, Ni 5-6, с. 43-44.

II.Овчаренко М.М., Кузнецов AB. - Сборник методик по определению тяжелых

; металлов в почвах, тепличных грунтах и продукции растениеводства. М., ■ 1998,97с. - ' .

12, Овчаренко М.М.-Методические указания по определению хлоридов, нитратов и аммония в водах. М., 1996,39 с. -■ ІЗ.Лойко П.Ф., Кажпцов А. И., Мнлащенко НЗ., Овчаренко М.М. и др.- Научные ' і ■ ■ . ' i; ■*'■-' " ■ • "■'''■ ■ ■■' :'

основы мониторинг! земель Российской Федерации. М., 1992, 160 с. 14. Овчаре»ко М.М, Пркжукова В.Г, Соколова Н.В., Белянина E.H. - Методические указания по фотометрическому определению содержания обменного каль ция в почвах. М.; 1996; 8 с. ■ >

15.0вчаренко М.М.; Прнжукова В.Г- Чугова Т.В. - Методические указания по оп-. ределекию легкоподвижного калия в почвах ионометрнческнм методом/- -М„ 1996,] 4 с.

16,Овчаренко М.М -Эколого- агрохимическая оценка земледелия России, Вхи.

«Тяжелые мегтаплы и радионуклиды в вгросистемах», М., 1994, с. 27-32.

17, Овчаренко М.М—О развитая агрохимической службы. Химия в сельском

хозяйстве, 1994, №3, С. 5-«. . ;

18. Овчаренко М.М-Задачи агрохимической службы по мониторингу сельхоз-

угодий. Химия в сельском хозяйстве,-1995, № 3, с. 5-6. 19.Овчаренко М.М., Шнльннков И.А., Графская Г.А, СопияьнякН.Т.-Влияние.' . известкования и кислотности почвы на поступление в растение тяжелых металлов.Агрохимия, 1996, №1, с. 74-84.. . .. ..

20.Овчаренко М.М., Шнльннков ИЛ, Графская Г.А. - Почвенное плодородие и Со держание тяжелых металлов в растениях. Химия в с.х, 1996, №5, с. 40-43. 21. Касатиков В.А. Овчаренко М.М. и др. «Влияние минеральных удобрений и осад.. ков городских сточных вод на уровень концентрации в почве ряда микроэлементов». Агрохимия, 1997, №2, с, 81-85 22.0вчаренко М.М., Бабкин В.В., Кирпичников Н А. - Факторы почвенного плодо ■ . родня н загрязнение продукции тяжелыми металлами. Агрохимический, вестник, 1998,№3, с, 31-34.

23. Овчарен ко М.М, Кузнецов A.B. — Мониторинг агрохимических свойств почв на

релерных участках. Тег докл. в сб. Агрохимические, агроэкологии« кие и • экономические проблемы и пути их решения при возделывании зерновых и других культур, М„ 1998, С, 182-183.

24. Ovcharenko М.М, — Use of fertilizers in Russia is a factor soil productivity.

'Fertilizers'and Environment", Salamanca, Spain, 1994,' p.55-63. 25.Овчаренко М.М, Графская Г.А.- Поступление тяжелых металлов в овощные '

культуры и способы снижения их токсичности. В кн. Удобрения и химиче ские мелиоранты вагроснстсмах, 1998, МГУ,С.39М00.

26. Овчаренко М.М: Эколо го-агрохимическая оценка земледелия России.

, Межвузовский тематический сборник, М., 1994

27. Овчаренко М.М:, Ефремова Л,И, Комплексное некорневое применение средств

химизации при соблюдении требований агроэкологии. Химия в с. х., 1995, №2-3

28. Ovcharenko М.М., Shilmcov I.A., Akanova N.I.,Niki foro va M.V. Migration оГ

cadmium, zinc, lead and strontium from a root-inhabited layer of soddy podzolic soils. Environmental radioecology and applied ecology. № 3, 1998 r.

29. Кузнецов А.В.,ОвчаренкоМ.М., Новикова Г.А. Методические указания по прогно

эированмю загрязнения дерново-подзолистых почв ТМ по данным агрохн мическогообследования.М.,1994.'

30. Кузнецов A.B., Поляков А.Н., Лунев М.И., Овчаренко М.М. Методические указа-

ния по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и продукции рас . тенкеводства па содержание ТМ, остаточных количеств пестицидов и ра-

диоиуклидов. М.,1993.' 31. Кузнецов A.B.". Овчаренко М.М, Павлнхнна A.B.; Максимов П.Г. Методические - указания по проведению локального мониторинга на реперних участках М. 1996, 14 с. - \ • ,

32.Орлова В.А, Власова Т.А,Овчаренко М М. Методика подготовки почв в аналнти-.. ческом автоклаве НПФФ-АНКОН-АТ-2. Почвы. Биологические объекты анализа., М„ 1995.27с.

33. Руеысов Н.8., Тонкий Н.И., Великанов Н.И:,Овчаренко М.М, Симонов В.Д,

■: Матвеев Ю.М^ Пшиков АН, Обухов А.И., Ли CK.' Орнентнровочно-допусткмые концентрации (ОДК)ТМ и мышьяка в почвах (дополнение № І ■ , В перечню ПДК и ОДК №6229-91>. Гнгненическне нормативы. М.. Инфор ■ ыацнонно-нзхательскнй центр Госкомсаюпнднадюра России, ГН.2Л,7.020-94<rr22JCIU994№l3,M. 1995,8с. '

34. Овчаренко М.М, Кабанов Ф.И., Потапенко B.FL, Бабайцев B.C., Овчаренко Г.С . . Эффективность нитроаммофоски с добавкой гумата штрия. Химизация

сельского хозяйства, 1992. №2, с.36-38.

35. Овчаренко М.М в соа»т. Методы определения тяжелых металлов. ОСТ 10625-96.' л = Стандарт отрасли. Корма растительные и комбикорма., М, 1996.

36. Пуховскнй A.B., Колокольцева И.В., Овчаренко М.М Методические указания по

определению ТМ в почвах, кормах н пищевых продуктах реютснофлуо-ресценггным методом на спектрометре., ы., 1995,33 с. 37.0вчаренко М.М, Шнльтков И.А., Графская Г.А. Снижение поступления кадмия в растения на загрязненных почвах. Агрохимический вестник, 1999, J61, с J 7-39.

Подписано в печать 25.04.00 Формат 60x847^

Объем 3,5 печ, л. Зак. 309 Тираж 100 экз.

Типография Издательства МСХА 127550, Москва, Тимирязевская ул., 44

I