Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Влияние извести, органического удобренияи цеолита на биологические свойствадерново-подзолистой почвы,загрязненной тяжелыми металлами

ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние извести, органического удобренияи цеолита на биологические свойствадерново-подзолистой почвы,загрязненной тяжелыми металлами"

'Г и и • 8 МАИ

на правах рукописи

Едемская Наталья Леонидовна

Влияние извести, органического удобрения

и цеолита на биологические свойства дерново-подзолистой почвы, загрязненной тяжелыми металлами.

Специальность 06.01.04 - агрохимия.

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук.

Москва - 1995

Работа выполнена на кафедре агрохимии факультета почвоведения Московского Государственного Университета имени М.В.Ломоносова.

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Лебедева Л.А. кандидат биологических наук Лебедев С.Н.

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук Кирпичников H.A. кандидат биологических наук Степанов А.Л.

Ведущее учреждение: Университет Дружбы Народов им.П.Лумумбы.

Защита состоится 23 мая 1995 года в Тб^час. на заседании диссертационного совета К.053.05.86 в МГУ имени М.В.Ломоносова в аудитории М-2. Адрес: Москва, Воробьевы горы, МГУ, Факультет Почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Биологического факультета МГУ.

Автореферат разослан 5 апреля 1995 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета

И.П.Бабьева _

Актуальность работы. В настоящее время среди вопросов эаны биосферы, и в частности почвенного покрова, от загрязнений келыми металлами (ТМ), особый интерес представляют следующие правпения:

выявление экономически оправданных способов снижения шслокации ТМ в растения;

эиск простых и надежных методов для диагностики уровня загрязнения ш ТМ и прогноза их использования под сельскохозяйственные угодья; оиск методов контроля за реакцией самой почвы, как важнейшего ¡на экосистемы, на загрязнение тяжелыми металлами.

Известно, что некоторые показатели биологической активности ивы (активность отдельных внутрипочвенных ферментов и сроорганизмов, участвующих в азотном и углеродном обмене веществ очве) весьма отзывчивы на стрессовые ситуации в почве, такие как 1тельное применение минеральных удобрений, загрязнение и т.д. ю1тап Р.-1986, Минеев В.Г.-1988, Лебедева Л.А.-1984, Звягинцев Д.Г.-39 и др.). Поэтому большой научный и практический интерес щставляет изучение некоторых биологических показателей почвы в теме почва - ТМ - растения, что может позволить установить не только 1кцию самой почвы, но и возможность использования результатов й реакции для прогноза получения экологически безопасной дукции.

Цель работы - сравнить действие извести, цеолита и анического удобрения (навоза) на биологические показатели ивность фермента уреазы и интенсивность выделения поверхностью вы углекислого газа) дерново-подзолистой почвы, загрязненной мием, цинком и свинцом в системе "почва - ТМ - растение"; выяснить э ли связь между содержанием тяжелых металлов в растениях и енением биологических свойств почвы.

Задачи исследования:

• изучить действие различных доз известкового мелиоранта н< биологические показатели дерново-подзолистой почвы, загрязнений тяжелыми металлами, внесенными отдельно и в смеси;

• сравнить действие различных доз известкового мелиоранта, цеолита органического удобрения на активность фермента уреазы I "дыхательную" способность дерново-подзолистой тяжелосуглинисто! почвы, загрязненной смесью тяжелых металлов;

• выяснить, имеется ли зависимость между поступлением тяжелы: металлов в корнеплоды столовой свеклы и моркови и изменениег биологических показателей почв разного уровня загрязнения тяжелым! металлами;

• изучить возможность использования показателей биологически: свойств почвы для оценки концентраций в ней ТМ, которые оказываютс! негативными для самой почвы, как единой экосистемы.

Научная новизна. При изучении активности фермент; уреазы и интенсивности выделения почвой С02 в системе: почва растение при загрязнении тяжелыми металлами, внесенными п< отдельности и в смеси

• показано, что действие кадмиевого загрязнения на активност! фермента уреазы неоднозначно (может не оказывать никакого влияни; или снижать этот биологический показатель) и зависит от времени прошедшего после загрязнения, после внесения извести и от реакци! среды в почве;

• установлено, что активность фермента уреазы может служит! диагностическим признаком (при снижении на 15-20%) на загрязнение почвы цинком и свинцом в широком диапазоне загрязнения (до 500 мг/к почвы) и реакции среды в почве (от рН 4.5 до рН 7);

• показано, что для диагностики получения экологически безопасно!

одукции корнеплодов моркови и свеклы по содержанию Сс1, показатель менения активности уреазы непригоден, а на почвах, загрязненных | и 2п он может быть диагностическим признаком на получение элогически безопасной продукции, но только в кислом интервале рН; установлено, что известкование уменьшает транслокацию ТМ в стения, но для получения экологически безопасной продукции энеплодов требуются дозы значительно (в 3-6 раз) превышающие эномически оправданные, рассчитанные по 1 т.к.. юказано, что при загрязнении дерново-подзолистой почвы кадмием казатель интенсивности выделения почвой С02 был индикатором на ■рязнение почвы этим металлом (при снижении на 20-25%), причем зависимо от дозы извести, а при загрязнении почвы цинком и свинцом >т показатель послужил диагностическим признаком на загрязнение и почвы, но только в кислом интервале рН;

интенсивность выделения почвой С02 послужила диагностическим изнаком на загрязнение почвы суммой ТМ и на загрязнение знеплодов свеклы кадмием и цинком только в кислом интервале рН.

Апробация работы. Материалы кандидатской диссертации ли представлены на заседании кафедры агрохимии факультета нвоведения МГУ 27 февраля 1995 года.

Публикации. По теме диссертации опубликованы две статьи 1звания приведены в конце автореферата).

Объем работы. Диссертация состоит из введения, гературного обзора (содержащего 4 главы), экспериментальной части стоящей из 5 глав), выводов и приложения. Материалы диссертации южены на 122 страницах машинописного текста, содержит 39 фических рисунков в экспериментальной части и 34 - в приложении, таблиц (в приложении), список литературы из 179 названий (из них зарубежных).

Материалы и методы исследования. Исследование проведены в 1991-1993 годах в вегетационных опытах во ВНИПТИХИ1\ (Немчиновка, Московская область) и в микрополевых опытах на ЦОС ВИУА (Барыбино, Московская область), заложенных по несколькии многофакторным схемам.

Использованная при закладке опытов дерново-подзолиста; тяжелосуглинистая почва имела следующие агрохимически« характеристики: рНКа-4.5, Нг, Нобм, Б - соответственно 4.46; 0.13; 12.' мэкв/100г почвы, содержание Р205 - 8.0, К20 - 10 мг/ЮОг почвы, гумус 1.5%, валовых Сс), гп и РЬ - 0.22; 27.3; 10 мг/кг почвы.

Площадь сосуда в микрополевых опытах составляла - 0.25x0.2! /и2, глубина - 30 см, вместимостью 15 кг почвы, а для вегетационны; опытов использовали цилиндрические пластмассовые вегетационньк сосуды вместимостью 5 кг почвы.

Имитация загрязнения почвы тяжелыми металлами создавалаа внесением легкорастворимых форм солей этих металлов. Пр1 загрязнении почвы отдельными металлами, Сс! вносили в виде Сс1(М03)24Н20 в дозах 0; 3; 10; 20 мг/кг почвы, 2п - в виде 2п(504)2*7Н2С в дозах 0; 50; 300; 500 мг/кг почвы, РЬ - в виде РЬ(1\103)2 в дозах 0; 50 200; 500 мг/кг почвы. При загрязнении почвы смесью металлов, вносил! Сс! (10) + гп(300)+ РЬ(200 мг/кг почвы), создавая средний уровеж загрязнения.

Известь при загрязнении почвы отдельными металлами былг внесена в дозах, рассчитанных по 0.25, 0.5; 1; 3; 6 Нг, что составилс соответственно 1.7 т/га (рН 5), 3.4 т/га (рН 5.5), 6.8 т/га (рН 6), 20.3 т, га (рН 6.5) и 40.5 т/га (рН 6.9 -7). А при загрязнении почвы смесью ТМ сравнивали эффективность действия четырех возрастающих до: известкового мелиоранта, цеолита и навоза, и действие этих веществ е различных сочетаниях. Дозы этих веществ были одинаковы (дл? возможности сравнения эффекта) и составляли 6.75, 20.25, 40.5 т/га у

зличные сочетания этих доз.

Известковый мелиорант (доломитовая мука - 80% действующего цества, из них 60% СаС03, 40% МдС03), цеолит Сокирницкого сторождения (содержащий 70-80% клиноптилолита, до 15% кварца, певого шпата, слюды, до 15% глинистых минералов: иллита и нтмориллонита, имеющий ЕКО -1.8-2.1 мэкв/гг рНн2о 6.8, фракцией до ш) и навоз вносили при набивке сосудов в 1991 году.

Изучение биологических показателей проводили в почве, на орой в течение трех лет выращивали корнеплоды: морковь и свеклу, ц выращиваемые культуры ежегодно вносили NPK по 0.2 г д.в. на 1 почвы - в вегетационных опытах, 150 кг/га - в микрополевых, в форме гей NH4N03, КН2Р04, K2S04.

Из биологических свойств почвы были изучены активность рмента уреазы (по Галстяну) и интенсивность выделения ¡ерхностью почвы С02 (по Штатнову, Мине, Карпачевскому), как ывчивые на стрессовую ситуацию в дерново-подзолистых почвах. Для юделения активности уреазы почву отбирали в течение 3-х лет: два а за вегетацию 1991 года из-под моркови, в 1992 и 1993 годы из-под клы. Определение интенсивности выделения почвой С02 проводили энце июля 1993 года в трехкратной повторности во всех вариантах

.ITOB.

Результаты по содержанию тяжелых металлов в корнеплодах в 11-1993 годах были получены сотрудниками лаборатории качества ¡тительной продукции ВНИИПТИХИМа, под руководством к.б.н. фской Г.А.

Статистическая обработка цифровых данных проведена на тьютере с помощью математических программ, обеспечивающих ществление дисперсионного и регрессионного анализов с менением метода наименьших квадратов. Все графические рисунки, уставленные в работе, выполнены по расчетным уравнениям

регрессионных зависимостей.

Результаты и обсуждение.

Влияние известкования на активность фермента уреазы при загрязнении почвы кадмием (в дозах до 20 мг/кг почвы).

В 1991 году активность фермента уреазы никак не реагирова на возрастание уровня содержания кадмия в почве (в дозах до 20 мгЛ (рис. 1А) - все линии параллельны. Определение активности фермен было сделано дважды за вегетацию: в июле и в августе (рис. 1А результаты аналогичные.

В следующем (1992) году обнаружено слабое негативж действие кадмия на активность уреазы в интервале рН от 4.5 до 7, котор становилось существенным (превышало НСР) при дозе ТМ более 8-мг/кг почвы.

На третий год после внесения ТМ при определении активное фермента уреазы в микрополевом и в вегетационном (рис. 2А) опыт; были получены идентичные результаты: в вариантах с рН<5.5 микрополевом и в вегетационном опытах) имело место существеннс (>НСР) снижение активности уреазы при дозе Сс1 более 5 мг/кг почвь

При этом корнеплоды, в первые два года реагировали к загрязнение почвы Сс1 существенным снижением урожая. Только до; извести более 20.5 т/га (рН 6.5) снимала отрицательное действие кaдм^ на урожай корнеплодов. На третий год после внесения кадмия, е( действие на урожай выращиваемой свеклы при рН от 4.5 до 7 быг несущественным, не превышало НСР (как в микрополевом, так и вегетационном опытах).

При этом корнеплоды в течение 3 лет интенсивно поглощал кадмий - коэффициент биологического поглощения н непроизвесткованных вариантах достигал 3.5 (рис. 1В), и в широко

°исунок 1. Влияние известкования (рН) на активность уреазы (А) и содержание Сс1 в моркови (В) при загрязнении почвы кадмием

(1991 год).

12

ю

А

рН7

НСР = 0.8

рН 4.5

0 3 6

У=0.371+1.41*рН К=0.90

12

15 18

Сс|, мг/кг почвы.

в

Рисунок 2. Влияние известкования (рН) на активность уреазы (А) < содержание Сс/ в свекле (В) при загрязнении почвы кадмием (1993год

£

п X

3 --

рН 7

ш^и:—изт—

рН 4.5

НСР=1.0 | | 1

0 3 6 9

у = -г 74*01*0.5+3.07*1*1*0.5+0. Эв^СИ-рН/О.5 ¡4=0.90

28

21 -

&

| 14

5

и

7 -

12 1Е

С4 мг/кг почвы

0 3 6

У=5.14*Сс1+0.09ГрН-0.722*(С<ГрН) К=0.83

12 15

Сс), мг/кг почвы

6

нтервале рН от 4.5 до 6 не удалось получить экологически безопасную юдукцию моркови и свеклы на загрязненной (даже невысокими дозами d) почве. Известкование почвы приводило к снижению концентрации щмия в растениях. Только доза извести свыше 1 г.к. (рН>6) - в 1991 ду, и внесение максимальной дозы извести 40.5 т/га (рН 7) - в 1992 и 1993 (рис. 2В) годах позволяла снизить содержание Cd в биомассе эркови и свеклы настолько, что эти значения практически не превышали 'ммы ПДКр+НСР, то есть качество корнеплодов приближалось к житарно-гигиенической норме. В остальных вариантах качественную юдукцию корнеплода на загрязненной почве не получили, хотя ¡весткование и приводило к снижению поглощения кадмия свеклой.

Таким образом, полученные в течение трех лет данные ¡идетельствуют о том, что при внесении экономически оправданной ззы извести (по 1 г.к.) не удалось получить экологически безопасную юдукцию при загрязнении почвы Cd от 3 до 20 мг/кг почвы. Уреазная тивность при загрязнении почвы кадмием (в дозах до 12 мг/кг) не эслужила диагностическим признаком на загрязнение дерново-здзолистой суглинистой почвы TM, поскольку реакция этого юлогического показателя становилась существенной (на 2-й и 3-й год) 1шь при сильном загрязнении (более 10 мг/кг почвы) при рН<5.5; и не яла диагностическим признаком на накопление этого металла рнеплодами, так как растения гораздо заметнее реагировали на 1грязнение (сильно накапливая Cd), чем изменялась активность эрмента.

пияние известкования на активность фермента уреазы при загрязнении почвы иинком (в дозах до 500 мг/кг почвы).

В первые два года загрязнение почвы цинком негативно разилось на биологическом показателе - уреазной активности во всем тервале рН от 4.5 до 7. Зависимость активности фермента от степени

Рисунок 3. Влияние известкования (рН) на активность уреазы (А) и содержание 2п в моркови (В) при загрязнении почвы цинком

(1991 год). А

В

у = 41.7*гпА0.5 - 98.7*рНл0.5 + 37.8*рН - 15.6*(2п*рН)"0.5 К = 0.93

гп, мг/кг почвы

загрязнения почвы и от уровня известкования в июле и в августе 1991 и в 1992 годах идентичны, поэтому приведены данные только за август 1991 года (рис. ЗА). Видно, что возрастающие дозы цинка существенно снижали ферментативную активность, причем в нейтральном интервале рН статистически значимое (превышающее НСР) уменьшение было при более высокой нагрузке Zn на почву (150 - 200 мг/кг), чем при рН<5.5 (до 100 мг/кг). Заметно, что почва более "чутко" реагирует на загрязнение почвы цинком в кислом интервале рН (снижение на 55-62%), чем в нейтральном (до 17.5-30%). Известкование статистически значимо увеличивало активность уреазы. Так с ростом рН от 4.5 до 6.5 активность фермента уреазы возрастала в 1.3 - 2.5 раза.

Влияние известкования (рН) на уреазу в 1993 году показана на рис. 4А - для вегетационного опыта (в микрополевом опыте реакция была аналогичной). В обоих опытах снижение активности существенно только в кислом интервале рН (от 4.5 до 5.5). Ферментативная активность снижалась при увеличении нагрузки Zn на почву, так при содержании в почве цинка до 500 мг/кг почвы это снижение составило при рН 4.5 - в вегетационном опыте - 50%, в микрополевом - 59%. Известкование значительно увеличивало активность уреазы, а при дозе более 1 г.к. (рН>6) негативное действие цинка на ферментативную активность отсутствовало.

В течение трех лет прослеживалось резко негативное влияние загрязнения почвы Zn как на урожай корнеплодов, так и на качество корнеплодов. Так на непроизвесткованных вариантах урожай моркови снижался почти в 3.5 раза при загрязнении 500 мг/кг, а при выращивании свеклы доза Zn - 300 мг/кг почвы приводила к гибели урожая свеклы. На почве, загрязненной цинком, в течение трех лет (в 1993 году - в микрополевом и в вегетационном опытах) в вариантах, где рН > 6.5 все «е получали экологически безопасную продукцию корнеплодов даже при дозе Zn 500 мг/кг почвы, а в вариантах без внесения извести накопление

Рисунок 4. Влияние известкования (рН) на активность уреазы (А) и содержание 2п в свекле (В) при загрязнении почвы цинком (1993 год),

А

У=3.39-0.821*2пя0.5+0.3*(рН*2п)А0.5+1.87*рНл0.5 13=0.85 гп, мг/кг почвы

В

О 100 200

у=33.1-2.21рН+1.14*гп-0.163(2п*рН) Р!=0.86

400 500

2п, мг/кг почвы

1нка морковью происходило уже при дозе 7х\ 110 (рис. ЗВ), а свеклы -50 мг/кг почвы (рис. 4В), то есть в вариантах без внесения извести жопление цинка свеклой больше ПДКр+НСР происходило во всех шрязненных вариантах. Возрастающие дозы извести позволяли >лучить экологически безопасную продукцию корнеплодов при >зрастании степени загрязнения почвы цинком. Мелиоративная доза шести, рассчитанная по 1 г.к. (рН 6), обеспечила получение ^логически безопасной продукции корнеплодов только когда »держание в почве не превышало 260 - для моркови, 300-450 мг/кг ивы - для свеклы.

Принимая во внимание все результаты исследований, •лученные в течение трех лет, можно констатировать: изучаемый показатель биологической активности в течение двух |рвых лет весьма "чутко" реагировал на загрязнение почвы цинком (уже »и его содержании от 80 до 200 мг/кг) в интервале рН от 4.5 до 7; только на третий год после загрязнения известкование выше 1 г.к. Н>6) привело к исчезновению токсичного воздействия металла на тивность уреазы, в остальных же случаях этот биологический казатель мог служить диагностическим признаком на загрязнение чвы 2п:

активность фермента не могла однозначно служить индикатором на держание цинка в корнеплодах, поскольку растения почти не капливали металл на почве, произвесткованной больше 1 г.к., а зрментативная активность при этом значительно снижалась (более -20%); только при рН<5.5 этот показатель послужил диагностическим изнаком на накопление 2п корнеплодами моркови и свеклы.

Влияние известкования на активность фермента уреазы пи загрязнении почвы свинцом (в дозах до 500 мг/кг почвы).

В течение трех лет уреазная активность загрязненной свинцс почвы существенно снижалась при увеличении нагрузки металла на поч! рис. 5А (на примере августа 1991 года) и 6А (1993 г.). Причем снижен! активности фермента становилось существенным (превышало НСР) ух в вариантах, где было внесено в почву 100 -110 мг/кг свинца. Снижен! активности уреазы при увеличении нагрузки РЬ на почву ( до 500 мг/, почвы): составило при рН 4.5 - 70-45%, а при рН 7 - 35-45%, по сравнени с незагрязненной почвой, а в 1993 году при рН 7 снижение не превышах НСР как в микрополевом, так и в вегетационном опытах. Известь изученных дозах значительно и статистически значимо увеличива; активность уреазы при любой степени загрязнения почвы.

Выращиваемые в течение трех лет корнеплоды свеклы и моркон не реагировали изменением биомассы на загрязнение почвы РЬ, дах при его дозе 500 мг/кг почвы. Однако растения интенсивно накапливав свинец на загрязненной почве. Экологически безопасную продукци моркови удалось получить при различной нагрузке ТМ на почву, зависимости от рН (рис. 6В). Так внесение максимальной дозы извест (рН 7) позволяло снизить содержание РЬ в биомассе моркови настолью что оно не превышало суммы ПДКр+НСР, даже при содержании свини более 450 мг/кг почвы. А в условиях кислой реакции среды (рН 4.5) без известкования, экологически безопасная продукция была получек только при уровне загрязнения почвы свинцом - до 150 мг/кг почвь Причем при рН 4.5 морковь содержала почти в 2.5 - 3 раза больше свинц на единицу биомассы корнеплодов, чем при рН 7, при всех изученнь уровнях загрязнения.

Свекла тоже активно поглощала свинец. Экологическ безопасную продукцию свеклы на загрязненной почве на второй год поел

'исунок 5. Влияние известкования (рН) на активность уреазы (А) и содержание РЬ в моркови (В) при загрязнении почвы свинцом

(1991 год).

ю

8 --

6 --

4 --

2 --

НСР=0.9

рН 7

рН 4.5

100

200

300

У=2.73-0.398*РЬл0.5+0.092*(РЬ*рН)А0.5+1.07*рН И=0.93

В

25

20

15

10

400 500

РЬ, мг/кг почвы

пд Кп ; рН 4.5

ПДКр НСР = 3.6 | \ I ^^^ I I I ^^^^ _____ 1 \

1 1 1 1 1 1 1 1

о

О 100 200 300 400 500

: 3.104'РЬЛ0.5 +0.02*РЬ - 5.8*рНл0.5 +2.3*рН - 1.2*(РЬ*рН)л0.5 Я =0.98 РЬ, мг/кг почвы

Рисунок 6. Влияние известкования (рН) на активность уреазы (А) и содержание РЬ в свекле(В) при загрязнении почвы свинцом

(1993 год).

к

£□ О

НСР=1.5

рН 7

рН 4.5

О 100 200 300

У=4.8-0.592*РЬА0.5+0.209*(рН*РЬ)л0.5+0.499*рН В=0.87

В

25

20

15

2 10

0 100 200 300

у=1.05+0.116*РЬ-0.0158*(РЬ*рН) Я=0.87

400 5С

РЬ, мг/кг почвы

400 50

РЬ, мг/кг почвы

грязнения почвы получили только при внесении максимальной дозы вести - 40 т/га (рН 7), а при известковании меньшей дозой (рН 6.5), кую продукцию получили, когда содержание РЬ в почве не превышало 0 мг/кг почвы. В остальных случаях корнеплоды содержали опасное личество свинца (больше суммы ПДКр+НСР). На рис. 6В показано ияние известкования (рН) на содержание РЬ в корнеплодах в 1993 qy для вегетационного опыта (в микрополевом получены аналогичные зультаты). Как в вегетационном, так и в микрополевом опытах рнеплоды с содержанием свинца меньше ПДКр + НСР были получены аже при загрязнении почвы РЬ до 500 мг/кг) только при внесении вести более 20.5 т/га (рН>6.5) - в вегетационном опыте, и более 6.7 'га (рН>6) - в микрополевом опыте. Известкование по 1 г.к (рН 6), еспечило получение экологически безопасной продукции корнеплодов зегетационном опыте, когда содержание Zn в почве не превышало 0 мг/кг почвы. В вариантах без внесения извести накопление свинца льше ПДКр+НСР происходило при загрязнении 150-230 мг/кг почвы.

Исходя из результатов трех лет исследования можно нстатировать следующее: активность фермента уреазы послужила агностическим признаком на загрязнение почвы свинцом (в дозах от 0 до 500 мг/кг почвы), поскольку реакция фермента на свинец была .цественной (снижение свыше 15-20%) во всем изученном интервале (от 4.5 до 7); при рН<5 активность уреазы можно было считать агностическим признаком на содержание этого металла в корнеплодах, ращенных на загрязненной свинцом почве, поскольку параллельно с коплением растениями опасного количества металла, имело место цественное снижение активности фермента.

Влияние извести, цеолита и навоза на активность фермента уреазы при загрязнении почвы смесью ТМ.

Изучение активности уреазы в дерново-подзолистых почвах пр загрязнении смесью Сс1, Ъс\ и РЬ проводили в течение 2 и 3 годов поел внесения ТМ - при выращивании корнеплодов свеклы в вегетационног опыте.

Из трех изученных факторов существенное и статистическ значимое воздействие на активность фермента уреазы в течение дву лет оказало только известкование (рис.7), внесение же навоза и цеолит не повлияло на этот биологический показатель. Видно, что уреазна:

Рисунок 7. Влияние известкования (рН) на активность уреазы при

загрязнении почвы смесью ТМ (1993 год).

10

без ТМ

о

£

л ш 3-

о

о

о

8

16

24

32

доза извести, т/ге

активность почвы существенно зависела от интенсивности известкования. Фермент резко негативно реагировал на загрязнение почвы смесью ТМ, в вариантах без известкования (рН 4.5) активность :нижалась на 70-77% по сравнению с незагрязненной почвой, а при загрязнении такими же дозами Сс1, 2п, РЬ не в смеси - только на 22-48%. Известкование по 1 г.к. (6.75 т/га) уменьшало негативное действие ¡агрязнения на уреазную активность: снижение составило 35 - 40% по :равнению с незагрязненной почвой. А известкование уже по 3 г.к. (20.5 л/га) - полностью снимало негативное действие комплексного (агрязнения на этот показатель (разница в пределах НСР).

Существенное и статистически значимое воздействие на урожай :орнеплодов свеклы в течение двух лет также оказало только 1звесткование, а внесение возрастающих доз навоза и цеолита не (тразилось на продуктивности свеклы (переменные с дозами этих 1еществ не вошли в уравнения регрессии).

Свекла при загрязнении почвы смесью ТМ на второй и третий оды после их внесения интенсивно поглощала из почвы ТМ. Экологически безопасную продукцию корнеплода не удалось получить ,аже при повышении рН за счет известкования до 7, хотя известкование очвы приводило к снижению поглощения металлов растениями. Известь казалась наиболее действенным фактором, влияющим на снижение оглощения ТМ растениями. Внесение цеолита не снижало поступления юталлов в корнеплоды - переменная его дозы не вошла ни в одно из асчетных уравнений регрессий. А увеличение содержания в почве рганического вещества за счет внесения навоза приводило только к начительному снижению поглощения свеклой свинца, и при совместном оздействии с высокими дозами извести удавалось уменьшить эдержание свинца в свекле (почти на 75%) и приблизить к безопасному эовню, не превышающему НСР+ПДКр.

Анализ результатов исследования на второй и третий годы после

загрязнения показал, что

♦ известкование оказалось единственным действенным фактором, снижающим отрицательное действие суммы ТМ на активность уреазы в почве и уменьшающим поглощения Сс1 и Ъп растениями;

♦ внесение цеолита и навоза никак не снижало отрицательного действия суммы ТМ на ферментативную активность; однако на унавоженной почве свекла существенно меньше накапливала РЬ, и только в сочетании с интенсивным известкованием (более 30 т/га) содержание свинца в свекле практически не превышало санитарно-гигиенической нормы;

♦ уреазная активность при известковании менее 1 г.к. (6.5 т/га) на 2 и 3 годы после загрязнения была индикатором на комплексное загрязнение почвы ТМ, и послужила диагностическим признаком на накопление этих металлов свеклой.

Влияние известкования на интенсивность выделения СО? дерново-подзолистой почвой, загрязненной кадмием, цинком и свинцом: внесенными отдельно и в смеси.

При загрязнении почвы кадмием (в дозах до 20 мг/кг почвы) на третий год после загрязнения почвы, выделение поверхностью почвы С02, зависело как от реакции почвенной среды, так и от содержания кадмия в почве (рис. 8А). С увеличением количества кадмия снижение интенсивности дыхания становилось статистически значимым при дозе 3 мг/кг почвы. Известкование почвы частично ослабляло негативное действие кадмия на дыхание почвы: при его дозе 3 мг/кг и рН 7 уменьшение составило 28 - 30%, а при рН 4.5 - 50%. Следовательно, этот показатель биологической активности почвы может.быть индикатором на загрязнение ее кадмием в широком диапазоне рН - от 4,5 до 7.

При загрязнении почвы цинком отмечается тенденция к

Рисунок 8. Влияние известкования (рН) на интенсивность выделения почвой С02 в вегетационном опыте при загрязнении почвы кадмием (А) и цинком (В) (1993 год). А

В

Рисунок 9. Влияние известкования (рН) на интенсивность выделения почвой С02 в вегетационном опыте при загрязнении почвы свинцом (А) и смесью ТМ (В) (1993 год).

Л А

О 4

рН 7

нср=1.3

рН 4.5

О 100 200 300

у= б.ат-о^э'рь'о.б+о.тчрь'рнро.з и= о.82

в

400 5С

РЬ, мг/кг почвы

!г

гЗ

о о

гЗ

О 4

смесь ТМ + навоз 40 т/га , б*з ТМ

____________ смесь ТМ

" г...............................................................................................:.......................... / ! безТМ: У=201+1.547*р|-Га5 ' К=0.89 НСР=0.8 смесь ТМ: У=275+1.169*Сал0.5-0.127*Са+0.271*НА0.5 К=0.84 НСР=1.1 I 1 1 1 • 1

24 32 40

доза извести, т/га

ижению интенсивности дыхания почвы при всех значениях рН с вышением содержания цинка в почве до 350-450 мг/кг (рис. 8В). зрастающие дозы извести уменьшали негативное воздействие Тп на 1хание почвы: при максимальном ее загрязнении при рН 7 снижение ставило менее 25%, а при рН 4.5 - 45%.

При загрязнении почвы свинцом также наблюдалась нденция снижения интенсивности выделения почвой С02 при еличении дозы свинца (более 250 мг/кг) только в вариантах, с рН<5.5 1С. 9А).

Таким образом, при загрязнении дерново-подзолистой почвы цмием показатель интенсивности выделения почвой С02 может ужить индикатором на загрязнение почвы этим металлом, причем зависимо от дозы извести. При загрязнении почвы цинком и свинцом тенсивность выделения почвой С02 можно использовать в качестве агностических признаков на загрязнение почвы этими металлами при 4.5 - 5.5.

Изучение интенсивности выделения С02 дерново-подзолистой чвой в при загрязнении смесью Сс1, 2п и РЬ также проводили на этий год после внесения ТМ при выращивании свеклы в вегетационном ыте, где сравнивали еще и эффективность извести, цеолита, навоза, IX сочетаний. Из рис. 9В видно, что известкование уже по 1 г.к. снижало гативное действие загрязнения настолько, что оно становилось значительным (расстояние между расчетными кривыми на диаграмме превышает НСР). Кроме того существенное положительное действие интенсивность дыхания почвы оказало внесение навоза. Видно, что

V

же на непроизвесткованном варианте максимальная доза навоза лжает негативное действие комплексного загрязнения настолько, что о не превышает НСР, а в сочетании с известкованием уже по 0.25 г. к. 7 т/га) - кривые пересекаются - негативное влияние загрязнения пностью снимается.

В этом случае интенсивность выделения почвой С02 можнс использовать в качестве диагностического признака на загрязнение почвы суммой ТМ и на загрязнение корнеплодов свеклы кадмием и цинком при рН 4.5 - 5.5.

Выводы:

1. при загрязнении почвы возрастающими дозами кадмия (до 20 мг/кг) активность уреазы в почвенных пробах, в год его внесения не изменялась при рН от 4.5 до 7. Токсичность кадмия для уреазы проявилась во втором году при загрязнении Сс1 свыше 12 мг/кг почвы; и в третьем году исследования только в кислом интервале рН и при внесении Сс1 более 5 мг/кг почвы.

2. уреазная активность при загрязнении почвы кадмием (в дозах до 12 мг/кг) не послужила диагностическим признаком ни на загрязнение дерново-подзолистой суглинистой почвы ТМ, поскольку реакция этого биологического показателя становилась существенной (на 2-й и 3-й год) лишь при сильном загрязнении (более 10 мг/кг почвы) при рН<5.5; ни на накопление этого металла корнеплодами, так как растения поглощали Сс! больше ПДКР, а активность фермента мало изменялась.

3. активность фермента уреазы послужила диагностическим признаком при снижении (не менее чем на 15-20%) на загрязнение почвы гп (в дозах до 500 мг/кг почвы), в интервале рН от 4.5 до 7 в течение двух первых лет и на третий год при рН>6; а также на загрязнение почвы свинцом в дозах до 500 мг/кг почвы во всем изученном интервале рН (от 4.5 до 7);

4. активность фермента служила индикатором на содержание опасного количества цинка в корнеплодах моркови и свеклы только при рН<5.5, и свинца при рН<5, при раздельном загрязнении почвы этими металлами: параллельно с накоплением растениями опасного

оличества металлов, имело место существенное (не менее 15-20%) нижение активности уреазы;

эавнение эффективности одинаковых возрастающих доз извести, ,еолита и навоза и их сочетаний при загрязнении дерново-юдзолистой суглинистой почвы смесью ТМ (Сс1+2п+РЬ) показало, то известкование оказалось единственным действенным фактором, шжающим их отрицательное действие на активность уреазы в почве I уменьшающим поглощения Сс1 и 2п растениями; еолит и навоз не снижали отрицательного действия загрязнения ючвы смесью ТМ на активность фермента; и не позволили получить .орнеплоды свеклы, соответствующие санитарно-гигиенической юрме;

а 2 и 3 годы после комплексного внесения ТМ уреазная активность фи рН < 6 " была индикатором на загрязнение почвы, и юслужила диагностическим признаком на накопление опасного юличества Сс! и Ип свеклой;

нижение показателя интенсивности выделения почвой С02(не менее <ем на 20 - 25%) на третий год после загрязнения, послужило чндикатором на загрязнение почвы кадмием при рН от 4.5 до 7; а также цинком и свинцом (в дозе от 250 мг/кг почвы) при рН 4.5 - 5.5; |ри загрязнении смесью ТМ (Сс1+Еп+РЬ), снижение интенсивности зыделения почвой С02 (не менее чем на 20-25%) можно использовать з качестве диагностического признака на загрязнение почвы и на удержание в корнеплодах свеклы опасного количества кадмия и ^инка при рН 4.5 - 5.5.

По материалам диссертации напечатаны две стать

1." Биологические свойства загрязненной тяжелыми металлами де подзолистой почвы при известковании "(в соавторстве с Леб< Л .А. и Лебедевым С.Н.), - в журнале "Доклады РАСХН", № 5 стр. 23-25.

2. " Активность фермента уреазы в дерново-подзолистой загрязненной ТМ, при различной реакции среды", - в журнале "Е МГУ", серия почвоведение, № 2, 1995, стр. 62-64.