Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Влияние органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в почвах и поступление их в растения

ВАК РФ 03.00.27, Почвоведение

Автореферат диссертации по теме "Влияние органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в почвах и поступление их в растения"

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М. В. ЛОМОНОСОВА

Г Г и ' ОД-

На правах рукописи

? 'з • А 0 ? 10.93

ФАИЗА СЛЛАМА АЛИ САЛАМА

УДК 505. 55/21/: 631.4

ВЛИЯНИЕ-ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИИ НА ПОДВИЖНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И ПОСТУПЛЕНИЕ ИХ В РАСТЕНИЯ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ - 03. 00.27 - почвоведение

Автореферёт диссертации па соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва - 1993

Работа выполнена на почвоведения Московского им. М. В. Ломоносова.

кафедре химии почв факультет; государственного университет;

Научный руководитель: кандидат биологических наук,

доцент А. И. Обухов

Официальные оппоненты: 1. Доктор биологических наук,

ведущий научный сотрудник Л. Л. Пинский 2.Кандидат биологических наук, с. н. с. А. В. Сердюкова

Ведущая организация : • Почвенный институт им.

В. В. Докучаева, г. Москва

Защита диссертации состоится 18 мая 1993г. в 15.30 часов в аудитории М-2 на заседании специализированного совета К 053.05.16 факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова.-

Отзывы на автореферат просим направлять по адрессу: 119899, Москва, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения, Ученый совет.

С диссертацией могно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " 18 " апреля 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета

Г. В. Мотузова

Актуальность проблемы. Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами сегодня актуальна для многих стран, з тон числе и для Египта. Почвы вблизи промышленных предприятий или в результате внесения осадков сточных вод содержат повышенное количество тяжелых металлов (ТМ), часто даже критическое. Сельскохозяйственная продукция с. таких почв содержит металлы выше предельно допустимых количеств (ПДК). Известно, что избыток T1J сникает урожай культурных растений. Для получения полноценной сельскохозяйственной продукции необходимо применять методы детоксикации почв. В настоящее время не разработаны как теоретические основы, так ,И практические приемы детоксикации почв, загрязненных ТМ.

Известна положительная роль органических удобрений не только в плодородии почв и жизни растений, но при детоксикации почз, загрязненных тяжелыми металлами. Однако, как влияют органические удобрения на подвижнсть тяжелых металлов в почвах, на поступление их в растения, и как долго сохраняется этот эффект, однозначного ответа в литературе пока нет.

По вссП видимости они могут как увеличивать подвижность металлов в почвах, так и уменьшать ее, соотношение этих процессов будет регулироваться как составом' и свойствами органических удобрений, • так и свойствами почв.-

Несокненио, что знание об этих процессах и особенно управление ими с помощьп применения органических удобрений поможет бороться как с дефицитом микроэлементов (тяжелых металлов), так. и с их избытком при загрязнении почз.

Нель работы. Выяснить влияние органических удобрений на подвижность тяжелых: металлов в почвах и их поступление в растения. Эта работа имеет вагнсе, прежде всего теоретическое, значение для условий Египта, так как в налогумусных и песчаных почвах часто встречается дефицит некоторых биологически загни:: микроэлементов (особенно цинка, меди, марганца), С другой стороны, в силу разных причин бояыпю территории почв загрязнены ТМ и необходимо разрабатыйать методы детоксикации почв и получения продукции, отвечающей международным требованиям.

Конкретные задачи исследования.

1. Изучить подвижность ТН в почвах с естественным

уровнем содержания и загрязненных в результате внесения осадков сточных вод, а также солеЦ тяжелых металлов, при внесении различных органических удобрений ( навоза крупного рогатого скота, торфа, зеленых удобрений).

2. Исследовать поступление ТМ в растения в зависимости от вида органических удобрений.

3. Выявить продолжительность действия органических удобрений на подвижность ТМ и их поступление в растения.

4. Изучить вли: ше избытка ТМ в почве, роли органических удобрений на подвижность в почве биологически важных микроэлементов и поступление их в растения.

Научная новизна. Получены новые сведения о влиянии различных видов органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в почвах, их поступление в растения. Органические удобрения, независимо от их вида, уменьшают подвижность ТН в загрязненных почвах и поступление их в растения, наибольший эффект снижения подвижности наблюдался при внесении в почву торфа. Эффект от разового внесения органических удобрений на подвижность металлов сохраняется не менее 10 лет и зависит от свойств загрязненных почв.

Практическая значимость. Полученные закономерности по влиянию органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в загрязненных почвах можно использовать при составлении рекомендаций по детоксикации почв и при проведении мониторинга за состоянием ТМ в системе почва -растение.

Апробация работы. Диссертация рассмотрена и рекомендована к защите на заседании кафедры химии почв факультета Почвоведения МГУ в апреле 1993 года.

Публикации. По материалам диссертации опубликована одна работа.

Объем работы и ее струтура. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, включает таблиц, 15 рисунков и фото. Она состоит из введения, 4 глав, выводов, научно-практических рекомендаций и списка литературы, который включает 120 названий.

ГЛАВА 1.. ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИИ НА ПОДВИЖНОСТЬ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И ИХ ПОСТУПЛЕНИЕ В РАСТЕНИЯ.

(Литературный обзор)

На основа изучения современной литературы рассмотрены механизмы, регулирующие подвижность ТМ в почвах и их поступление в растения, основные факторы, влияющие на состояние ТМ в системе почва-растение. Среди них - валовое содержание ТМ в почвах и реакция почв, содержание гумуса и механический состав почв, применение различных мелиорантов, в том числе и органических удобрений. Детально обсуждается влияние органических удобрений на подвижность ТМ в почвах.. Оно может проявляться через разные механизмы, через микробиологическую активность почв и действие самих • растений, образование комплексных соединений различной устойчивости. В настоящее время в литературе обсуждается достаточное количество гипотетических схем строения комплексных органо-минеральных веществ почвы (Орлов, Нестеренко, 1960; Александрова, 1980; Ларина, Касаточкин, 1957; 51е1еп§оп, 1977; Такег^а еЬ а1, 1976), согласно которым ТМ образуют ионные и донорно-акцепторные связи с функциональными группами гумусовых кислот. Наряду с этим катионы ТМ могут выступать в качестве межмолекулярных мостиков, связывая отдельные молекулы гумусовых кислот в более сложные ассоциации (Орлов и др., 1988; Такег^а е1. а1, 1976;-Тай, 1977).

Анализ Литературных данных показывает, что в настоящее время нет однозначного ответа не только о механизмах влияния органических веществ на состояние ТМ в почвах, но и о роли органических удобрений в подвижности металлов в почвах и их поступлении в растения.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

Исследования проводили на территории Почвенно-экологического центра "Чашниково", лаборатория почвенно-геохимиче'ского мониторинга. Для решения поставленных задач была заложена серия полевых, микрополевьк и вегат'ационных опытов.

1. Изучение влияния органических удобрений на подвижность металлов в естественных (незагрязненных) почвах

и поступление их в растения проведено в полевых опытах на типичных дерново-подзолистых почвах. Органические удобрения в дозе 60 т/га (навоз крупного рогатого скота, средней степени минерализации ) в.юсили ранней весной под вспашку. Для сравнения был взят вариант "контроль" (без удобрений) и вариант с внесением минеральных удобрений '^ео^бо^эо'' Повторность опыта трехкратная. Тест-культурой был картофель, сорт "Любимец". Опыт продолжался в течение двух лет, на второй год исследовали последействие органических удобрений. Химическая характеристика исследованных почв показана в таблице 1.

2. Вегетационные опыты проводили на аналогичных почвах при их искусственном загрязнеии одновременно солями цинка, свинца и кадмия (азотнокислые соли) в дозах 2-3 ПДК. Уровни загрязнения соответствовали средней степени загрязнения почв, которые часто встречаются вблизи предприятий цветной металлургии или при внесении в почву осадков сточных вод. Расчетные уровни загрязнения были для цинка и свинца - 250 мг/кг, для кадмия - 5 иг/кг.

В вегетационных опытах использовали также сильно-загрязненую дерново-под;.элистую почву (особенно по кадмию) в результате применения осадков сточных вод (Московская обл., Балашихинский район, совхоз "Серп и молот"). Химическая характеристика этой почвы показана в таблице 1.

В качестве органических удобрений изучали перепревший навоз крупного рогатого скота, свежий навоз, зеленое удобрение н торф из расчета 100т/га.

Вегетационные опыты проводили в полиэтиленовых сосуда;: вместимостью 5, э кг, тест-культурами были кукуруза, салат, повторность 3-х кратная. Техника проведения опыта стандартная.

3. Микрополевые опыты по влиянию продолжительности действия органических удобрений на подвижность и поступление ТН в растения изучали на примере свинца в многолетнем опыте, поставленном сотрудниками кафедры химии почв в 1981 году. Опыты были поставлены в впнипластовых ящиках (80x80x45 см). В ящики, установленные вровень с поверхностью почвы помещали почву, загрязненную свинцом в следующих дозах: 125, 250, 500, 1000, 2000 мг/кг.

В „ругой серии опытов к аналогичным почвам, но

предварительно произвесткованным (6 т/га) добавляли органические удобрения (из расчета 80 т/га навоза крупного рогатого скота и торфа в соотношении 1:1). Оценка действий удобрений производилась по двум культурам (картофель и кукуруза) через 10 лет после применения удобрений. В оценке подвижности тяжелых металлов в почвах и поступления их в растения использованы результаты, полученные Л. Л. Поповичевой за 1982-1984 гг. также для этих культур. Химическая характеристика исследованных почв показана также в таблице 1. Таблица 1. Химическая характеристика исследованных почв.

Опит, почвы . рнн о , Гумус, У. Поглощенные Содержание

2 ■ Са и частиц

мг-экв/100г < 0.001 мм 1

Полевой

Дерново-подзолистая,

средиесуглинистая,

окультуренная 5.4 2. 4 ' 10.2 9.2

Вегетационный

а)Дерново-подзолистая,

средиесуглинистая,

окультуренная тоже тоже тоже тоже

б)Дерново-подзолистая,

легкосуглинистая,

силыюзагрязненная

! осадками сточных вод 7.6 5.2 25.2 8.0

Микрополевой

Дерново-подзолистая,

тяяелосуглинистая.

слабо окультуренная

без удобрений 5.7 .1.7 8.8 11.2

известь-органичес-

кие удобрения 6.8 2.3 10.2 10. 8

Образцы почв и растительной массы отбирали перед посевом культур и после уборки урожая.

В представленной работе использовали общепринятыэ методы анализа почв и растений (Физико-химические иетоды

..., 1985; Jackson, 1958; Page, 1982; Обухов, Плеханова, 1991).

В почвах определяли содержание водорастворимых и подвижных форм соединений ТМ, в растениях - содержание ТМ и некоторых биологически важных микроэлементов.

Содержание водорастворимых соединений ТМ в почвах определяли в водных вытяжках при соотношении почва: вода как 1:10, время взаимодействия 1 час на ротаторе. Вытяжку фильтровали через избранные фильтры с диаметром пор 0,25-0,45 мкм (Сынпор). В равновесных растворах определяли рН. Водную вытяжку концентрировали в 50 раз методом упаривания и растворения остатка ("влажных солей" в 0,5 н горячем растворе HN03>.

Подвижные формы ТН б почвах определяли после экстракции их ацетатно-аммонийным буферным раствором рН 4,8. Соотношение почва: раствор как 1:10, время взаимодействия 1 час на ротаторе или сутки настаивания.

Растения озоляли сухим способом. Массу в 5-10 г воздушно-сухого растительного материала в кварцевых чашках озоляли при температуре не выше 500°С в электрическом муфеле. Золу растворяли в разбавленной азотной кислоте при нагревании и доводили до постоянного объема 25-50 мл в зависимости от массы золы.

Конечное определение ТМ в растворах определено на атомно-абсорбционном спектрофотометре Перкин-Эльмер, модель 403, в пламени ацетилен-воздух. Определение кадмия, свинца проведено с дейтреиевым корректором фона (Обухов, Плеханова, 1991), чтобы ликвидировать неселективные помехи.

Результаты в необходимых случаях обрабатывались статистическим методом с использованием стандартных программ и компьютера IBM.

ГЛАВА 3. ПОДВИЖНОСТЬ И ТРАНСФОРМАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ ПРИ ВНЕСЕНИИ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ. •.

Подвижность и трансформация ТМ в почвах с их естественным содержанием и техногенно загрязненных многофакторный процесс. При естественном содержании ТМ в дерново-подзолистых почвах в условиях полевого опыта органические удобрения практически не оказали заметного действия на подвижность свинца,' кадмия. Подвижность этих

металлов в условиях окультуренных дерново-подзолистых почв с нейтральной реакцией среды была незначительной (0.03-0.04 мг/кг для кадмия и 0,8 мг/кг для свинца), соответственно мало этих металлов поступало в растения картофеля, особенно в клубни. Содержание этих металлов в клубнях картофеля было на порядок ниже, чем соответствующие ПДК этих элементов для продовольственных и кормовых культур.

Вегетативные органы растений, ботва картофеля, в частности, почти на порядок больше накапливает тяжелые металлы, чем клубни (таблица 2). Вегетативные органы растений по накоплению металлов более чувствительны к условиям питания, их изменению под влиянием различных агрохимических приемов, чем генеративные органы.

Так в полевых опытах под влиянием органических удобрений достоверно увеличилась подвижность марганца и незначительно подвижность цинка - биологически важных микроэлементов. Наиболее заметно увеличение подвижности было на варианте с внесением только минеральных удобрений, что объясняется как подкислением почв, так и усилением биологической активности почв, лучшего развития корневых систем растений на удобренных вариантах по сравнению с контрольными.. На варианте с внесением органических удобрений увеличение подвижности марганца и цинка может быть также связано с дополнительным поступлением этих элементов за счет самих удобрений.

Согласно увеличению подвижности марганца и цинка в почвах увеличилось поступление их в растения картофеля, причем это четко фиксируется только на поступлении этих элементов в ботву . 'картофеля, и недостоверные изменения под влиянием удобрений в клубнях картофеля. Влияние удобрений на подвижность марганца и цинка в почвах -проявляется и в последействии, на второй год исследования.

Полученные сведения . подтверждают результаты вегетационных опытов с удобрениями (Соловьев, Голубев, 1978; Соловьев и др., 1978) и показывают, что эффективность влияния удобрений на подвижность ТМ зависит не только от свойств почв, но от биологической значимости и ' уровня содержания их в почве. Более инертные' тяжелые металлы (свинец, кадмий), биологическая значимость которых для растений ецэ не доказана, при естественном содержании в

ТАБЛИЦА 2

ВШЯШЕ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВЕ Ш КАРТОФЕЛ (1-ЫЙ ГОД, ВНЕСЕН« УДОБРЕНИЙ)/ МГ/КГ

ВАРИАНТ ОПЫТА КАДМИЙ СВИНЕЦ _ ЦИНК МЕДЬ МАРГАНЕЦ

I II I II I. II I II I II .

КОНТРОЛЬ (БЕЗ УДОБРЕНИЙ) 0.03 0.18 0.8 1.5 0.3 8.0 46 0.1 " 3 45 60

0.03 5.9 2.1 18

ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБРЕНИЯ 0.03 0.21 1.0 1.4 10.3 60 ■0.2 3.8 68 . 96

0.03 0.4 6.5 2.3 19

КЖЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ 0.04 0.20 1.0 1.5 11.3 68 0.3 3.5 84 110 *

0.03 0.6 8.1 2.4 20

ПРИМЕЧАНИЕ: I - подвижные формы соединений в почве II — содержание в картофеле (над чертой - в ботве, под чертой - в клубнях).-

почвах под. влиянием удобрений практически не меняет своей подвижности и поступления в растения. Для этих металлов менее выражена сезонная динамика их содержания в дерново-подзолистых почвах и почвенно-грунтовых водах (Попова, 1992).

В почвах, загряэненых осадками сточных вод, также как и искусственно загрязненных солями цинка, свинца и кадмия, органические удобрения уменьшают подвижность ТМ. Особенно это заметно проявляется на содержании наиболее подвижных . форм соединений ТМ. а именно - водорастворимых форм (рис.1). (

Органические удобрения в 3-10 раз снизили содержание водорастворимого цинка в дерново-подзолистых почвах, ■ ' загрязненных осадками сточных вод (рис.1 а). Заметно было также снижение в содержании водорастворимого свинца и кадмия. Если в почвах, загрязненнных осадками сточных вод, содержание свинца было 0,05 мг/кг, то применение органических удобрений снизило уровень водорастворимого свинца как минимум в два раза.

Недостаточная чувствительность атомно-абсорбционного определения кадмия -не позволила на количественном уровне оценить снижение содержания водорастворимого кадмия, но оно достоверно фиксируется на качественном уровне.

Снижение подвижности ТМ под влиянием органических удобрений наблюдается независимо от вида органических удобрений .(рис.1), т.е. • все испытанные органические удобрения действуют на подвижность тяжелых металлов однотипно. Однако степень влияния различна в зависимости от вида удобрения. Наибольшая фиксация ТИ в почвах имела место при добавлении в почву торфа (рис.1).

В содержании подвижных (доступных растениям, растворимых в ацетатно-аммонийном буферном растворе рН 4,8) форм соединений ТМ четкая зависимость снижения подвижности прослеживается только при внесении в почву торфа (таблица 3).

Более значительное снижение водорастворимых форм ТМ под влиянием органических удобрений, особенно торфа, по сравнению с содержанием подвижных форм объясняется, по-видимому, образованием комплексных соединений ТМ с органическим веществом различной устойчивости. Экстрагирующая сила водной вытяжки недостаточна для

,мг/кг

2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4 0.?

осв оса+пн осв+сн ocb+зу оса+т

А

2п,иг/кг

1.6 l.e

1.4 1.2 1.0 0.8 О-в 0.« 02

ЕЗ

щ,

т Ш

Vr.'Ä

'■/¿'Л;

üf

Wi

ш-

II

ZnPbCd + ПН

ZnPbCd

+ сн

ZnPbCd ♦ ЗУ

ZnPbCd

♦ т

Рис. 1. Влияние органических удобрений »а содержание водорастворимых форм цинка в почвах:

а) Деркоао-подзолистые, загрязненные осадками сточных вод.

б) Дерново-подзолистые, загрязненные солями цинка* свинца

и кадмия.

К - контроль

ПН - перепревший нлвоэ

СН ~ свежий навоз

ЗУ - зеленые удобрения - торф

Ovo ~ ОСЙДКИ сточных вол

разрушения образующихся комплексов ТМ с органическим веществом, особенно при внесении в почву торфа.

С другой стороны, ацетатно-аммонийный буферный раствор с рН А, 8 растворяет не только все водорастворимые, легкорастворимые и обменные формы, но растворяет часть оксидов, гидроксидов и карбонатов ТМ, вероятно,- этот экстрагент разрушает и часть органометаллических комплексов. Поэтому содержание ТМ, переходящее в эту вытяжку, будет более однообразно во всех вариантах опыта и определяться в основном свойствами почвы валовым содержанием в них ТМ.

При внесении в загрязненные почвы торфа, образующиеся комплексы ТМ с органическим веществом более прочные, и не все разрушаются ацетатно-амионийным буферным раствором. Сказанное нуждается в экспериментальном подтверждении прямыми методами, но в настоящее время пока что не имеется надежных методов выделения и изучения органо-минеральных комплексов. Немаловажное значение в интерпретации полученных результатов, особенно при сравнении действия различных видов органических удобрений на подвижность ТМ в почвах имеет фактор времени.

К моменту уборки урожая и взятия образцов почв на анализ в условиях вегетационных опытов произошла достаточно полная минерализация органических удобрений (свежий навоз, зеленые удобрения) и эффект от них получился однотипным. Четких закономерностей в содержании кислоторастворимых форм соединений ТИ под влиянием органических удобрений выявить не удалось. По всей видимости, I н Ш03 полностью растворяет образующиеся комплексы ТМ с органическим веществом, поэтому содержание ТМ во всех вариантах опыта лежит в пределах их вариабельности (таблица 3.4).

В целом, . необходимо отметить, что органические удобрения оказали незначительное влияние на подвижность ТМ, скорее всего, это объясняется высокой окультуренностью исследуемых почв, слабощелочной реакцией почв, загрязненных осадками сточных вод (до 7,5-7,8) и нейтральной реакцией при загрязнении почв солями цинка, свинца и кадмия, высоким содержанием гумуса (4 - 5 V.), высокой емкостью поглощения (до 25мг-экв/100 г).

Дополнительное внесение органических веществ почти не сказывается на их свойствах, поэтому содержание подвижных

ТАБЛИЦА 3

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И КУКУРУЗЕ, МГ/КГ

ВАРИАНТЫ ОПЫТА цинк СВИНЕЦ КАДМИЙ

ПОЧВА КУКУРУЗА ПОЧВА КУКУРУЗА ПОЧВА КУКУРУЗА

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ + ОСВ 98 80 4.0 5.5 6.0 0.7

ТОЖЕ + ПЕРЕПРЕВШИЙ НАВОЗ 100 55 4.0 3.0 6.0 0.7

ТОЖЕ + СВЕЖИЙ НАВОЗ 105 30 5.0 2.8 5.8 0.5

ТОЖЕ + ЗЕЛЕНОЕ УДОБРЕНИЕ 86 45 6.0 2.5 5.5 0.6

ТОЖЕ + ТОРФ 80 48 5.0 2.5 5.3 0.7

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ - КОНТРОЛЬ 4 25 5.0 2.8 0.1 0.1

ТОЖЕ + 2п, РЬ, са 80 175 90 5.8 4.5 4.0

ТОЖЕ + ПЕРЕПРЕВШИЙ НАВОЗ 60 140 90 5.4 3.5 3.0

ТОЖЕ + СВЕЖИЙ НАВОЗ 50 120 80 6.5 3.3 4.0

ТОЖЕ + ЗЕЛЕНОЕ УДОБРЕНИЕ 55 100 80 4.6 4.0 2.0

ТОЖЕ + ТОРО 60 120 65 5.1 3.2 2.2

форм соединений ТМ изменяется незначительно. Это находит подтверждение и в поступлении ТМ в растения. Полученные результаты подтверждают снижение поступления ТМ в кукурузу (таблица 3) и в растения салата (таблица 4).

Наибольшее снижение характерно при внесении торфа в почву, степень снижения содержания тяжелых "еталлов хорошо согласуется с их подвижностью в почвах, и она в целом незначительна (таблицы 3, 4).

Так, содержание кадмия, свинца в растениях кукурузы в результате применения органических удобрений показывает лишь на их тенденцию снижения. Значительно ярче снижение содержания ТМ под влиянием органических удобрений выражено для салата (таблица 4), культуры более чувствительной к потребление ТЫ, чем кукуруза.

По существующим ПДК ТМ в пищевых продуктах и кормах сельскохозяйственных животных кукуруза и салат, выращенные на загрязненных ТМ почвах, как с применением органических удобрений, так и без них, не отвечает гигиеническим нормативам. Максимальное снижение содержания ТМ в продукции под влиянием удобрений происходило лишь .в два раза, что недостаточно для получения продукции необходимого качества. Эффективность органических удобрений в снижении поступления ТМ в растения на неокультуренных дерново-подзолистых почвах выше, чем на их окультуренных вариантах (Поповичева, 1988; Черных, 1988).

Хорошие физические и химические свойства исследованных почв (за исключением содержания ТМ) подтверждаются урожайными данными. Развитие культур, как на контрольных вариантах опыта, так и на почвах, загрязненных ТМ с добавлением органических удобрений, было хорошим. По внешнему виду растений не отмечено каких-либо негативных изменений, обусловленных высоким содержанием ТМ. Фитомасса кукурузы и салата под влиянием удобрений естественно возрастала, но не столь значительно, за исключением варианта с применением зеленых удобрений.

Применеие зеленых удобрений на почвах, загрязненных осадками сточных вод, почти в два раза увеличило фитомассу кукурузы, в то же время, как свежий навоз практически не оказал влияния на урожай кукурузы. Увеличение фитомассы под влиянием зеленых удобрений скорее всего обусловлено

ТАБЛИЦА 4

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА СОДЕРЖАНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ- МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ И -САЛАТЕ, Ш7КГ

ВАРИАНТЫ ОПЫТА ЦИНК СВИНЕЦ КАДМИЙ

ПОЧВА САЛАТ ПОЧВА САЛАТ ПОЧВА САЛАТ

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ + ОСВ 93 80 6.0 6.8 5.2 3.5

ТОЖЕ + ПЕРЕПРЕВШИЙ НАВОЗ 90 88 6.0 4.8 5.0 3.2

ТОЖЕ + СВЕЖИЙ НАВОЗ 80 68 5.0 5.2 5.2 1.3

ТОЖЕ + ЗЕЛЕНОЕ УДОБРЕНИЕ 80 52 . 6.0 5.3 4.6 2.0

ТОЖЕ + ТОРФ 70 66 6.0 5.6 3.5 2.9

ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ - КОНТРОЛЬ , 4 82 3.0 3.9 0.1 0.5

ТОЖЕ + 2п, РЬ, са . 50 130 80 10.5 3.5 8.5

ТОЖЕ + ПЕРЕПРЕВШИЙ НАВОЗ 50 108 80 5.3 3.5 8.1

ТОЖЕ + СВЕЖИЙ НАВОЗ 45 107 75 5.5 3.4 5.8

ТОЖЕ + ЗЕЛЕНОЕ УДОБРЕНИЕ 48 • 104 70 6.0 ' 3.3 5.8

ТОЖЕ + ТОРО 50 109 70 6.4 3.0 7.4

улучшением воднофизических свойств почв.

Таким образом, реальные возможности органичесих веществ в детоксикацни почв, загрязненных ТМ, зависит не только от степени загрязнения почв, но и от их химических свойств (рН, гумус, емкость поглощения). В большинстве случаев заметный положительный эффект применения органичесг:::{ удобрений в детоксикации почв, загрязненных ТН, проявлялся только на неокультуренных бедных почвах (Поповичева, 1988; Черных, 1988; Мустафа Моавад Абузнд, 1990 и др. ), либо сильнокислых с низким содержанием гумуса, либо песчаных с малой емкостью поглощения.

Как показали полученные данные, этот эффект снижается на почвах, богатых органическим веществом, с нейтральной и слабощелочной реакцией среды, как в случае с почвами, где вносились длительное время осадки сточнь..; вод. В этом, вероятно, заключается противоречие в литературе относительно эффекта от органических удобрений в детохсикации почв, загрязненных ТН и поступления их в растения.

Недостаточно хорошо Исследован • вопрос о продолжительности действия органических удобрений на подвижность ТН и поступление их в растения.

Эту проблему исследовали в многолетнем опыте на примере загрязнения дерново-подзолистых почв свинцом и внесении органических удобрений. Почвы были менее плодородными, чем почвы вегетационных опытов, они меньше содержали гумуса, более кислые (таблица 1). Несмотря на невысокое естественное плодородие дерново-подзолистых почв, они способны к значительной и прочной фиксации свинца. Так, уже в первые годы исследований содержание водорастворимого свинца в почве составило всего лишь 0,1 - 0,2 % от дозы внесения (на контрольном варианте эта доля составляла 0,03 '/. от дозы внесения (рис. 2)).

Известкование кислых почв и внесение органических удобрений еще больше увеличило фиксирущую способность почв, содержание водорастворимого свинца снизилось и составило 0,04 - 0,1 7. от дозы внесения. Снижение подвижного свинца более ощутимо было при высоких дозах его внесения в почву (выше 1000 мг/кг). С течением [.ремени подвижность свинца в загрязненных почвах уменьшилась (рисунок 2 ), особенно это заметно при высоких дозах его внесения.

Как (5ьшо показано в исследованиях Л. Л. Поповичевой (1988), в первые годы после внесения элемента подвижность его в почвах во времени уменьшалась более резко, чем в последующие годы. Как показывают полученные данные, разор ">е известкование почв и внесение органических удобрений уменьшают подвижность свинца не менее, чем на 10 лет (рисунок 2 ). Это подтверждается также изучением подвижных форм соединений свинца в этих почвах и поступлением элемента в растения (таблицы 5, 6).

Так, в первый год внесения элемента подвижные |ормы составляли 25 - 50 У. от дозы внесения, а через 10 лет после внесения эта доля сократилась до 20 - 30 '/. , в зависимости от степени загрязнения почв. Уменьшение подвижности свинца в почвах отражается и на поступлении этого металла в растения ' (таблицы 5 и 6). Особенно эффект снижения поступления свинца заметен на кукурузе (таблица 5) при высоких дозах его внесения.

Допустимый уровень свинца в кормах - 5 мг/кг сухой массы, такой уровень в кукурузе в первые годы исследований был при содержании свинца в почве выше 250 мг/кг. Аналогичный уровень содержания свинца в кукурузе через 10 лет после внесения элемента создавался при дозе 500 мг/кг и выше.

Органические удобрения на данных почвах снижали этот критический уровень почти в два раза. Почти аналогичные результаты были получены на картофеле, на ботве они более четкие и проявлялись как при низких уровнях загрязнения, так и при высоких, на клубнях картофеля только при высоких уровнях загрязнения ( таблица 6).

Полученные результаты показывают,- что' известкование, кислых почв в сочетании с применением органических удобрений может почти в два раза снизить фитотоксический эффект от свинца, может уменьшить его' миграцию в почвенно-грунтовые воды. Эффект действия органических удобрений проявляется не менее десяти лет.

Эффективность органических удобрений в детоксикации почв, загрязненных ТМ, сильно зависит от их реакции и содержания гумуса. На загрязненных осадками сточных вод почвах с нейтральной и слабощелочной реакцией, высоким содержанием гумуса эффктивность органических удобрений в

РЬ в почве, нг/кг РЬ в почае, мг/кг

Рис.2. Влияние органических удобрений и времени на подвижность свинца в почвах.

а) Содержание водорастворимого свинца в почве

б) Содержание подвижного свинца в почве

- без _ добрений

....... органические удобрения

ТАБЛИЦА 5

ВЛИЯНИЕ' ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНМЙ Н^ ПОСТУПЛЕНИЕ СВИНЦА В КУКУРУЗУ (МГ/КГ)

ВАРИАНТЫ ОПЫТА 1983 г. 1984 г. 1991 г.

СТЕБЛИ ЛИСТЬЯ СТЕБЛИ ЛИСТЬЯ СТЕБЛИ ЛИСТЬЯ

КОНТРОЛЬ 0.3 0.8 0.3 0.7 0.2 1.1

РЬ 125 мг/кг 1.8 2.3 1.1 1.4 0.9 2.9

РЬ 250 мг/кг 2.8 3.9 2.7 3.0 0.9 3.1

РЬ 5Q0 мг/кг 16.0 18.0 7.1 8.8 1.9 8.5

РЬ 1000 мг/кг 27.7 59.3 23.4 35.9 20.0 8.5

РЬ 2000 мг/кг 64.4 72.4 51.5 54.7 56.1 53.8

ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБ-

РЕНИЯ, КОНТРОЛЬ 0.2 . 0.5 0.2 0.5 0.5 0.7

Тоже+РЬ 125 мг/кг 1.1 2.2 0.4 1.0 0.5 0.9

Тоже+РЬ 250 мг/кг 2.5 3.8 1.6 1.7 1.1 2.0

Тоже+РЬ 500 мг/кг 5.6 6.8 2.7 2.8 . 2.9 2.9

То:хе+РЬ 1000 мг/кг 10.1 . 15.6 4.0 4.5 . З.В 5.7

Тоже+РЬ 2000 мг/кг 15.4 23.6 8.9 11.6 10.3 10.3

Тоже+РЬ 3000 мг/кг 31.2 45.6 13.6 28.4 . 16.9 24.0

ВЛИЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ НА ПОСТУПЛЕНИЕ СВИНЦА В КАРТОФЕЛЬ (УГ/КГ)

ВАРИАНТЫ ОПЫТА ' 1983 г. 1984 г. 1991 г.

БОТВА КЛУБНИ БОТВА КЛУБНИ БОТВА КЛУБНИ

КОНТРОЛЬ 1.0 0.5 0.6 0.6 0.8 0.5

РЬ 125 мг/кг 1.6 1.0 1.3 0.7 1.3 0.5

РЬ 250 мг/кг 6.2 3.2 2.3 1.9 1.8 0.6

РЬ 500 мг/кг 15.4 4.8 4.0 3.8 3.6 1.8

РЬ 1000 мг/кг '30.0 12.0 1В.4 8.1 12.2 6.8

РЬ 2000 мг/кг 66.0 32.0 • 40.7 18.0 38.0 15.0

ОРГАНИЧЕСКИЕ УДОБ-

РЕНИЯ, КОНТРОЛЬ 0.6 0.2 0.3 0.5 0.5 0.3

РЬ 125 мг/кг 1.0 0.6 0.6 0.7 0.8 0.4

РЬ 250 мг/кг 4.4 1.2 1.2 0.7 1.0 0.5

РЬ 500 мг/кг 12.2 1.6 . 1.6 0.9 1.8 0.5

РЬ 1000 мг/кг 22.4 6.8 6.8 2.8 4.5 1.2

РЬ 2000 мг/кг 40.0 18.0 18.0 4.5 10.5 5.0

РЬ 3000 мг/кг 48.4 24.0 24.0 7.8 18.2 8.8

детоксикации очень .низка. В этих случаях для использования■ загрязненных почв необходимо изыскивать другие приемы. -подбор сельскохозяйственных культур. не накапливавших тяжелые металлы, применение других мелиорантов в комплексе с агроногчческиии приемами (глубокая вспашка, разбавление загрязненных почв, глинование и др. ).

ВЫВОДЫ

1.Влияние. органических удобрений на подвижность ТМ в почвах и поступление их в растения зависит от свойств рочв, уровня содержания в них ТМ и биологических . особенностей растений. Применение органических удобрений на дерново-подзолистых почвах с естественным уровнем содержания ТМ приводит к увеличению подвижности в почвах марганца, цинка - биологически важных микроэлементов, что сопряженно ведет к увеличению содержания их в растениях картофеля. Подвижность в почвах и поступление в растения свинца и кадмия под слияние;,; органических удобрени практически не меняется.

2. На почвах, загрязненных осадками сточных вод или • солями ТМ, органические удобрения уменьшают подвижность ТМ в почвах и поступление их в растения.

Эффект снижения • подвижности' сильнее проявляется на содержании Еоднораствриштх форм ТМ и меньше на содержании подвижных ( растворимых в ацетатно-аымон'ийном буфере рН Л, 8) форм соединений ТМ и поступлении их в растения.

Слабая эффективность органических удобрений в детоксикации почв, загрязненных осадками сточных вод, , обусловлена высоким содержанием гумуса, нейтральной и слабощелочной реакцией • к высокой емкостью поглощения исследованных почв. • •

3. Органические удобрения независимо от их вида (перепревший навоз, свежий навоз, зеленое удобрение, торф)

"на загрязненных почвах действуют однотипно, снижают подвижность и поступление ТМ в растения. Однако, наибольший эффект в ' детоксикации почв при эквивалентных дозах органичерких удобрений проявляется при внесении" в почву торфа. ' # '

4. На кислых дерново-подзолистых почвах' с невысоким содержанием гумуса Ц,5У.) разовое известкование в сочетании

с органическим удобрением (60 т/га) почти в два раза снижает фитотоксичность от свинца, уменьыает его миграции . в почвонно-грунтоЕыо воды. Эффект снижения фитотоксичности от органических удобрений и известкозашм на дерново-подзолистых почвах проявляется не менее 10 лет.

Б. Эффективность органических удобрение в детоксикации почв, загрязненных ТН, зависит от степени загрязнения почв, ]• • физических и химических свойств. Она вниз па кислых малогумуегалх почвах с невысокой емкостью поглощения, и незначительна на хорошо окультуренных почвах, загрязненных. осадками сточных вод. Б последнем случае при использовании таких почв п сельском хозяйстве необходимо изыскивать другие приемы детоксикации почв, з частности, подбирать сельскохозяйственные культуры, не накапливающие Т.", применять другие мелиоранты (цеолиты) з сочетай I с комплексом агрономических мероприятий.

В. Высокие уровни содержания цинка, свинца и кадмия в загрязненных почвах и снесение органических, удобрений не приводит к существенном • изменениям в ' сдорпашш подвижных форм соединений биологически важных микроэлементов ( гелеза, марганца, меди) и поступлении их в растения. Детокснкация почв, загрязненных ТН, с помощью органических и минеральных удобрений, известкование не может ухудщнть минеральную полноценность корнов и продуктоз питания.

7. Поведение ТМ п системе почва - растение под влипшем известкования и удобрений необходимо учитывать при проведении мониторинга и интерпретации его результатов. Увеличение пли уменьшение урезнл содержания ТМ в системе почза - растение дохст ' бить в результата применения органически:: или минеральных удобрений, известкования или других агротехнических мероприятий.

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОИЕНДЛЦМ!

1. Для детоксикации печв, загрязненных ТН, рекомендуется применение органических удобрений в повышенных дозах (не менее 100 т/га) в' сочетании с другим!! приемами (известкованием при необходимости) и подбором сельскохозяйственных культур, не накапливающих ТН.

2. Влияние органических удобрений на состояние ТМ в системе почва - растение необходимо учитывать при

интерпретации данных мониторинга .' за состоянием ТМ в агроценозах.

По теме диссертации написаны и сданы в печать следующие статьи:

1 ФаАза Салаиа Али Салама, Мустафа Моавад Абузид, А. И. Обухов. Влияние органических удобрений на подвижность свинца в почве и поступление его в растения. Вестник МГУ, серия почвоведение, 1993, №.

2. Файза Салаиа Али Салаиа,' Мустафа Моавад Абузид, А. И.Обухов. Влияние органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в почвах, загрязненных осадками .сточных вод и поступление их в растения. Агрохимия.