Влияние удобрений на динамику содержания тяжелых металлов в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах

Госсе, Дмитрий Дмитриевич

Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему
Влияние удобрений на динамику содержания тяжелых металлов в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах
ВАК РФ 06.01.04, Агрохимия

Автореферат диссертации по теме "Влияние удобрений на динамику содержания тяжелых металлов в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах"

На правах рукописи

ГОССЕ Дмитрий Дмитриевич

ВЛИЯНИЕ УДОБРЕНИЙ НА ДИНАМИКУ СОДЕРЖАНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ НА ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ ПОЧВАХ

Специальность 06.01.04 - агрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

1 2-С'З

МОСКВА 2008

003452436

Работа выполнена на кафедре агрохимии факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор биологических наук,

профессор Егоров B.C.

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук В.М. Семёнов

кандидат биологических наук Г.В. Стома

Ведущее учреждение:

Всероссийский НИИ агрохимии имени Д.Н.Прянишникова

Защита состоится « 3 » QzküSpJL 2008 г. в 15 час.30 мин. в аудитории М-2 на заседании диссертационного совета Д 501.002.13 при Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: 119991, ГСП -1, Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В.Ломоносова, факультет почвоведения.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета Почвоведения МГУ.

Автореферат разослан « ЙУ> З&Л-еЬЛ-- 2008г.

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании Диссертационного совета. Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах просим направлять по адресу: 119991, ГСП - 1, Москва, Ленинские горы, МГУ имени М.В.Ломоносова, факультет почвоведения, Ученый совет.

Ученый секретарь Диссертационного совета,

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Экологические проблемы агроэкосистем актуальны для России, особенно вблизи мегаполисов, где продукция растениеводства является важной составляющей в рационе городского населения. В связи с возобновлением работы крупных промышленных предприятий, растущим год от года количеством автотранспорта и расширением автотрасс и автодорог в Центрально-Нечерноземной зоне страны за последние годы возрос прессинг тяжёлых металлов (далее ТМ) на площади агроэкосистем [Государственный доклад..., 2006].

В связи с острой проблемой загрязнения почв, возникла необходимость в изучении способности агроэкосистем противостоять негативному воздействию ТМ как на почвы, так и на растительную продукцию. Благодаря буферным свойствам почв, часть попадающих на их поверхность ТМ инактивируется, но большая доля остаётся мобильной и активно потребляется растениями. При этом следует отметить, что за последнее время значительно снизилась буферность почв по отношению к элементам-загрязнителям в связи с эрозией, недостаточным внесением органических удобрений и другими факторами недостаточно высокой культуры землепользования [Егоров, 2006], что приводит к увеличению негативного воздействия ТМ на продукцию растениеводства. Анализ изменения содержания форм ТМ с течением времени на разных по свойствам почвах, находящихся в сельскохозяйственном использовании, недостаточно отражён в литературе и необходим для агроэкологической оценки и прогнозирования состояния компонентов агроэкосистемы, качества растительной продукции, а так же может служить основой для регулирования состава и направленности производства [Минеев, 1998].

Целью данной работы являлось изучение влияния минеральных удобрений на динамику содержания форм РЬ и С<3 в почвах разного гранулометрического состава, а так же изучение роста, накопления металлов и биогенных элементов растениями в зависимости от состояния РЬ и Сс1 в почвах.

В связи с поставленной целью решали следующие задачи:

1. Изучить содержание и соотношение форм нахождения свинца и кадмия в почвах в течение 120 суток после загрязнения их водорастворимыми формами металлов;

2 Исследовать влияние свойств дерново-подзолистых почв и внесения минеральных удобрений на динамику содержания форм свинца и кадмия в почвах;

3. Исследовать накопление тяжёлых металлов в растениях в зависимости от состояния металлов в почвах, гранулометрического состава почв и внесения минеральных удобрений.

Научная новизна исследования. Впервые проведены исследования влияния минеральных удобрений на динамику трансформации искусственно внесённых ТМ в дерново-подзолистые почвы разного гранулометрического состава. Установлено, что динамика изменения доступных растениям форм кадмия сложно предсказуема и сильно зависит от кислотных и буферных характеристик почв. Показано, что внесение полного минерального удобрения увеличивает подвижность кадмия в почвах и поступление его в растения, тогда как подвижность свинца мало зависит от внесения минеральных удобрений. Обнаружены закономерности, указывающие на влияние гранулометрического состава и минеральных удобрений на процессы первичного закрепления металлов в почвах, на рост растений, поступление в них биофильных элементов и накопление ТМ.

Практическая значимость. Анализ изменения содержания форм ТМ во времени в разных по свойствам дерново-подзолистых почвах позволяет оценить потенциальную опасность загрязнения их ТМ, прогнозировать подвижность металлов, служить основой для регулирования качества растительной продукции, состава и направленности производства и показывает необходимость разрабатывать альтернативные схемы сельскохозяйственного использования для сильно загрязненных почв. Полученные результаты могут быть использованы при разработке концепции сохранения и повышения плодородия дерново-подзолистых почв, находящихся в сельскохозяйственном производстве в условиях техногенного загрязнения, подготовке рекомендаций по эффективному применению минеральных удобрений.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на Международной конференции 7-й Пущинской школы-конференции молодых учёных «Биология - наука XXI века» (Пущино, 2003), Международных конференциях студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003 (2004; 2006)» (Москва, 2003; 2004; 2006), а также на заседаниях кафедры агрохимии факультета почвоведения МГУ им. М. В. Ломоносова.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов, обсуждения результатов, выводов, списка литературы и приложения. Материалы диссертации изложены на/$страницах машинописного текста, содержатИ таблиц, -¿?рисунк<а. Список литературы включает/^Наименований, в том численна иностранных языках.

Автор выражает глубокую благодарность доц. Е.В.Егоровой за оказанное внимание и поддержку при проведении исследовательской работы, а так же м.н.с. А.А.Ермакову, ассист. К.В.Павлову и в.н.с. кафедры физики и мелиорации почв д.б н. Е.Ю.Милановскому за помощь в проведении экспериментальной работы и интерпретации результатов.

2. Объекты и методы исследования

Исследования проводили в вегетационных и модельных опытах с почвами пахотного горизонта, отличающихся по гранулометрическому составу и степени окультуренности, но близких по величине емкости катионного обмена. Образцы для исследований отбирали в Солнечногорском районе Московской обл. на территории УОПЭЦ МГУ «Чашниково» из горизонтов А дерново-подзолистой супесчаной окультуренной почвы (супесь мелкопесчано-крупнопылеватая (П,) и супесь крупнопылевато-мелкоопесчаненная известкованная (П3), содержание гумуса 1,3%) и дерново-подзолистой среднесуглинистой слабоокультуренной почвы залежи (средний суглинок мелковато-крупнопылеватый (П2), содержание гумуса 1,8%).

В почвы согласно схеме опытов в форме растворов вносили кадмий и свинец в количестве 5, 325 мг/кг соответственно. Высокий уровень загрязнения создавался для более контрастного вычленения исследуемых закономерностей.

В соответствующие варианты опытов вносили минеральные удобрения из расчёта 0,1 г д.в. (N, Р205, К20) на 1 кг почвы, после чего почву набивали в сосуды. Опыты повторно закладывали в течение трёх лет и проводили в условиях естественной влажности воздуха с регулярным поливом.

В модельном опыте №1 без растений в контейнерах на 300 г в течение 120 суток отбирали образцы почв на исследования. Первую пробу почв брали через 3 часа после закладки опыта, затем через 3, 10, 40, 80 и через 120 суток. Модельный опыт №2 с растениями в сосудах на 2 кг почвы был разбит на блоки. В течение 120 суток (начиная с момента закладки опыта, внесения металлов и удобрений) каждые 40 суток высевали растения ячменя сорта «Нур» и отбирали образцы почв и биомассы растений на исследования, согласно схеме, которая представлена в таблице 1 (методика подвижных шкал).

Исследования с внесением кадмия при выращивании растений повторили на супесчаной произвесткованной почве (П3) в модельном опыте №3 с тем же набором вариантов и сроками 0-40 и 0-80 суток.

Таблица 1. Схема модельного опыта №2 с растениями ячменя

Почвы п,/п2

Варианты 0; NPK; Pb; Cd; NPK+Pb; NPK+Cd

Блоки Этапы эксперимента

Закладка опыта

0 суток Посев ячменя в блоке 0-40

► ► ► ► 40 суток Уборка ячменя и отбор образцов в блоке 0-40. Посев ячменя в блоке 40-80

Уборка ячменя и отбор образцов в блоке 40-80. Посев ячменя в блоке 80-120

Уборка ячменя и отбор образцов в блоке 80-120.

В вегетационном опыте №1 с аналогичным набором вариантов в сосудах на 5 кг почвы в течение 90 суток выращивали растения ячменя сорта «Нур» до

восковой спелости зерна, после чего проводили учёт биомассы растений и отбор образцов почв и растений.

Для выявления токсичности свинца в ситуации, более приближенной к реальным дозам загрязнения, были проведены модельный опыт №4 с растениями салата сорта «Московский парниковый» и вегетационный опыт №2 с ячменем сорта «Нур» на среднесуглинистой почве с загрязнением в дозе 5 ПДК (160 мг/кг почвы). Схемы опытов включали варианты: контроль, NP (без внесения калия), свинец, NP + свинец

Для выбора оптимальной с методической точки зрения формы внесения металлов было проведено модельное исследование с внесением различных солей металлов (РЬ и Cd) в исследуемые почвы - модельный опыт №5. Было установлено, что в течение первых сорока суток не наблюдается принципиальных различий в содержании подвижных и кислоторастворимых форм свинца и кадмия в почвах при внесении этих металлов в виде уксусно-(Me(CH3COO)2), соляно- (МеС12) и азотнокислых (Me(N03)2) солей. В связи с этим в дальнейшем во всей экспериментальной работе использовали уксуснокислые (ацетатные) соли металлов, как наименее токсичные в обращении и не требующие компенсационного внесения азота.

Исследования проводили в период 2002-2007 г.г. Повторность всех опытов трёхкратная. Гранулометрический состав почв определяли в водной суспензии методом лазерной дифракции на приборе Analisette 22 (Frich, Germany) и классифицировали по Качинскому (Шеин, 2005). В почвах определяли традиционный спектр агрохимических характеристик: рН -потенциометрически в 1н. KCl-вытяжке, Нг - по Каппену, S - по Каппену-Гильковицу, Р205 и К20 - в 0,2 н. НС1 (по Кирсанову), содержание подвижного алюминия - по Соколову, содержание нитратов - по Грандваль-Ляжу и иона аммония с реактивом Несслера (Практикум по агрохимии, 1999).

Содержание тяжёлых металлов в почвах определяли на основе анализа атомно-абсорционным методом серии почвенных вытяжек - 1М НС1 (для извлечения элементов, входящих в состав аморфных соединений, а также обменных и растворимых в слабых кислотах форм, что характеризует весь потенциальный запас элемента в почве), ацетатно-аммонийным буферным

раствором (ААБ) с рН 4,8 (для извлечения подвижных в почве обменных и растворимых в слабых кислотах форм, что характеризует актуальный (условно-доступный для растений) запас элемента) и 1%-ным раствором ЭДТА в ААБ (ААБ+ЭДТА позволяет дополнительно с обменными и растворимыми в слабых кислотах формами извлекать элементы из почвенных, в основном органогенных комплексов)

Для отображения вклада форм нахождения ТМ в почвах мы рассчитывали разность показаний вытяжек. Так, разность вытяжек 1H НС1 и ААБ может показать количество прочносвязанных почвенными компонентами (специфически сорбированных и связанных с аморфными, а также с органическими соединениями), но при этом потенциально-доступных растениям (в отличие от «условно-доступных» в вытяжке ААБ) форм металлов, которые могут быть переведены в доступное растениям состояние действием различных факторов. Разность вытяжек ААБ+ЭДТА и ААБ определяет количество металлов связанных в почвенные, в основном органогенные комплексы (доля металла в вытяжке ЭДТА).

В растениях определяли содержание общего азота, фосфора и калия после озоления по Гинзбург (Практикум по агрохимии, 1999) Содержание металлов в растениях определяли атомно-абсорбционным методом после сухого озоления и растворения золы смесью азотной и соляной кислот (Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца..., 2002)

Статистическую обработку данных проводили с использованием программы Excel и Statistica.

З.Результаты и обсуждение 3.1. Влияние свойств почв и минеральных удобрений на динамику форм

нахождения кадмия

В результате исследований установлено, что в целом кадмий проявляет низкую способность образовывать с реакционными центрами исследуемых почв прочные связи. Даже в фоновых вариантах исследуемых нами почв доля его условно-доступных для растений форм, в среднем по вариантам опытов составляла 22-50% от «общего» экстрагируемого количества, извлекаемого

«сильным» экстрагентом - IM HCl. Такая высокая подвижность кадмия в целом характерна для дерново-подзолистых почв [Ладонин, Пляскина, 2003].

Исследования, проведенные в модельном опыте №1, показали, что в течение первых суток происходило уменьшение количества кислоторастворимых форм кадмия: на супесчаной почве через 3 часа после внесения кадмия в кислотной вытяжке обнаруживалось 68% от его внесенного количества, а через 72 часа (трое суток) - 59%. На среднесуглинистой почве 82% и 78% соответственно. На 40-е сутки в супесчаной почве в кислотной вытяжке обнаруживалось 35% от внесённого количества, а на среднесуглинистой почве -51%. Таким образом, после внесения кадмия в супесчаной почве металл включается в нерастворимые в кислоте соединения быстрее по сравнению со среднесуглинистой почвой. Однако ситуация остается нестабильной, так как после 40 суток количество кислоторастворимых форм кадмия в почвах стало возрастать и на 120-е сутки достигло уровня значений первых 3-х суток.

НСР0.„5=0,4Э

Рисунок 1. Содержание прочносвязанных форм кадмия (НС1 - ААБ); мг/кг почвы. (Модельный опыт №1).

На обеих почвах за период 0-3 суток незначительно увеличилось количество прочносвязанных форм кадмия, однако в течение остального периода наблюдений содержание этих форм уменьшалось. Более ярко это было выражено на супесчаной почве, где за период 10-80 суток количество прочносвязанных форм сократилось в 2,2 раза (рис. 1). В отличие от супеси, на

среднесуглинистой почве сокращение количества прочносвязанных форм чередуется с их увеличением, и, в целом, за период 3-120 суток ситуация близка к равновесной.

По количеству подвижных форм кадмия, которые являются условно-доступными для растений, на вариантах модельного опыта прослеживалась следующая закономерность (рис. 2): через 3 часа в супесчаной почве их содержание составляло 31% от изначально внесённого количества, через 40 суток - 15% В среднесуглинистой почве - 45 и 14% соответственно. Следовательно, в течение первых сорока суток имеет место явное закрепление кадмия в почве. Его подвижность и доступность для растений уменьшаются. Однако в интервале 40-120 суток количество подвижных форм кадмия увеличилось на обеих почвах до уровня первоначальных значений, что говорит о нестабильном состоянии элемента в данной системе.

Мг/кг

НСРо,О5=0,41

Рисунок 2. Содержание подвижных форм кадмия (вытяжка ААБ), мг/кг почвы. (Модельный опыт №1).

В модельном опыте №2 выращиваемые растения не изменили выявленной закономерности. На 40-е сутки после внесения водорастворимой формы металла в почвах в кислотной вытяжке находилось 42-48% от изначально внесённого количества. Содержание подвижных условно-доступных растениям форм кадмия на супесчаной почве было достоверно ниже, чем на среднесуглинистой (табл. 2, рис. 3). Эти показатели подтверждают результаты модельного опыта

№1 и указывают на то, что в первое время внесенный кадмий более прочно фиксируется в супесчаной почве. Однако далее за период 40-120 суток на супесчаной почве количество прочносвязанных форм кадмия уменьшилось с 0,76 до 0,44 мг/кг (снижение по отношению к 40-м суткам на 42%), а на среднесуглинистой почве, наоборот, увеличилось почти в два раза: 0,66 мг/кг на 40-е сутки и 1,22 мг/кг на 120-е сутки (прибавка по отношению к 40-м суткам на 46%).

Количество условно-доступных растениям форм кадмия в период от 40 до 120 суток изменялось аналогичным образом (табл. 2): на супесчаной почве в интервале 40-120 суток их количество увеличилось на 11% (с 1,36 до 1,53 мг/кг), а на среднесуглинистой почве, наоборот, уменьшилось на 20% (с 1,78 до 1,43 мг/кг).

Эта динамика, наблюдаемая на среднесуглинистой почве в модельном опыте №1, но более ярко выраженная на супесчаной почве как без, так и с выращиванием растений, была проверена нами в модельном опыте №3 на произвесткованной супесчаной почве (П3).

Нейтральное значение рН и высокое значение суммы поглощенных оснований (13,8 мг*экв на 100 г.п.) оказали значительное влияние на характер и динамику закрепления кадмия. Неравновесная ситуация, наблюдаемая на супесчаной почве Пь сменилась (по крайней мере, в пределах 80-ти суток) планомерным закреплением кадмия почвой. В интервале 40-80 суток количество кислоторастворимого кадмия уменьшилось в три раза, количество прочносвязанных форм оставалось на одном уровне, а количество условно-доступных растениям форм уменьшилось на 80% Это подтверждает решающее значение рН и величины суммы обменных оснований на процессы закрепления кадмия в условно-доступные соединения.

В модельном опыте №1 в первые 40 суток кадмий закреплялся не только минеральными компонентами, но и органическим веществом почв. На это указывает относительно высокая разница между вытяжками ААБ+ЭДТА и ААБ (на среднесуглинистой почве через 3 часа 0,63 мг/кг, через 40 суток - 0,87 мг/кг). Далее доля ЭДТА-извлекаемых форм кадмия на обеих почвах продолжает возрастать и достигает на 120-е сутки 1,1 мг/кг на среднесуглинистой и 0,65

мг/кг на супесчаной почвах. На более гумусированной среднесуглинистой почве содержание извлекаемых ЭДТА форм в течение всего периода наблюдений в среднем в 2 раза выше, чем на супесчаной почве.

0-40 80-120 0-40 80-120 ОАО 80-120 сут

НС1 НС1 ААБ ААБ доля ЭДТА доля ЭДТА

НСР„,И=0,32

Рисунок 3. Содержание форм Сё в почвах, мг/кг почвы. (Модельный опыт № 2, средние данные за два года).

Аналогичные закономерности были обнаружены и в модельном опыте №2. На среднесуглинистой почве содержание форм кадмия, извлекаемых ЭДТА, в интервале 40-120 суток выросло с 0,36 до 0,71 мг/кг почвы, а на супесчаной почве, соответственно, с 0,16 до 0,32 мг/кг почвы (рис. 3).

Нашими исследованиями в вегетационном опыте показано, что через 90 суток выращивания ячменя 50% от изначально внесённого количества кадмия оставалось подвижным и условно-доступным растениям. Эти результаты указывают на высокую доступность кадмия для растений в течение всего периода их роста и хорошо согласуются с данными полученными в модельном опыте №1, так как показатели подвижности кадмия близки с данными на 80-е сутки. Среднесуглинистая почва П2 на 90-е сутки в целом (и по абсолютным, и по долевым значениям разности вытяжек) прочнее удерживает кадмий, чем супесчаная Пь

Внесение минеральных удобрений в наших исследованиях существенно изменило состояние кадмия в почве. Это произошло в первую очередь на

супесчаной почве и связано с изменением кислотно-основных характеристик (рис. 4): снижение значений обменной кислотности при внесении ЫРК на этой почве в среднем в модельном опыте составило 1,3 единицы рН (с 6,9 до 5,6). Кислотно-основные характеристики среднесуглинистой почвы более инертны, и, кроме того, изначально среднесуглинистая почва характеризовалась меньшим значением рН, так что после внесения физиологически кислых удобрений величины рН выравнивались для обеих почв (5,3-6,0). Внесение удобрений на супесчаной почве достоверно увеличивало показатель гидролитической кислотности. Стоит отметить также значительное подкисление супесчаной почвы модельного опыта №3 (П3) при внесении удобрений.

П2 I П1

Время 0-40

НСР„,„г=0,51

Рисунок 4. Изменение pH почв при внесении удобрений. (Модельный опыт №2. Средние данные за два года).

При внесении ЫРК более окультуренная супесчаная почва в модельном опыте №2 по данным на 40-е сутки удерживала кадмий уже не прочнее среднесуглинистой почвы. В отличие от вариантов без внесения удобрений ситуация меняется на противоположную: на 40-е сутки количество кислоторастворимого кадмия на супесчаной почве было достоверно выше, чем на среднесуглинистой. При внесении удобрений ситуация приобретала большую

контрастность, более явно выделялась закономерность, когда в период 40-120 суток на супесчаной почве уменьшалось количество прочносвязанных почвой форм кадмия (с 0,94 до 0,51 мг/кг), а на среднесуглинистой почве их количество возрастало (с 0,77 до 1,13 мг/кг).

В модельном опыте №2 внесение удобрений повлияло на содержание условно-доступного кадмия в супесчаной почве на 40-е сутки его нахождения в почве - количество таких форм кадмия при внесении удобрений примерно на 21% выше, чем на вариантах без внесения удобрений (1,73 мг/кг и 1,36 мг/кг, соответственно).

Влияние внесения минеральных удобрений на подвижность кадмия прослеживалось так же и в блоке 80-120: на среднесуглинистой почве в модельном опыте №2 на 120-е сутки не наблюдали уменьшения содержания подвижных условно-доступных растениям форм кадмия, тогда как без внесения удобрений происходило достоверное снижение количества его подвижных форм.

Таблица 2. Содержание кадмия в почвах, мг/кг почвы

Модельный опыт №2, средние данные за два года

Варианты опыта Время (cvt) HCPo.os**

0-40 80-120

П1 I П2 П1 I П2

ImHCI

0 0,08 0,06 0,08 0,06 0,30

NPK 0,07 0,03 0,08 0,06

Cd 2,12 2,44 1,97 2,65

NPK+Cd 2,67 2,32 2,01 2,65

ААБ

0 0,02 0,02 0,04 0,00 0,15

NPK 0,02 0,03 0,02 0,03

Cd 1,36 1,78 1,53 1,43

NPK+Cd 1,73 1,55 1,50 1,52

ААБ+ЭДТА

0 0,04 0,05 0,05 0,06 0,30

NPK 0,04 0,02 0,03 0,05

Cd 1,52 2,14 1,85 2,14

NPK+Cd 1,94 1,91 1,78 2,00

*П1-супесчаная почва, П2-среднесуглинистая почва **НСР приведено для вариантов с внесением ТМ

При внесении удобрений количество кислоторастворимого и подвижного кадмия в супесчаной почве (П3) модельного опыта №3 сокращалось с меньшей

интенсивностью в сравнении с другими вариантами, и на 80-е сутки оказывалось достоверно выше такового на вариантах без внесения удобрений. При этом количество прочносвязанных соединений в интервале 40-80 суток остаётся стабильным, и в целом на произвесткованной супесчаной почве П3 складывается ситуация больше схожая с среднесуглинистой почвой П2, чем с супесчаной П,.

В модельном опыте внесение удобрений не повлияло на количество кадмия связанного с органическим веществом, при внесении удобрений сохранились описанные выше закономерности, когда в более гумусированной почве содержание форм, извлекаемых ЭДТА, в среднем в два раза выше (рис 3)

В вегетационном опыте отмечена корреляция (11=0,8) между содержанием подвижных условно-доступных растениям форм кадмия в почвах и значением рН почвенного раствора.

3.2. Влияние свойств почв и минеральных удобрений на динамику форм нахождения свинца

В наших исследованиях свинец, в отличие от кадмия, закрепляется в почвах более стабильно.

В модельном опыте №1 показано, что в течение всех 120 суток происходило уменьшение количества кислоторастворимых форм свинца: через 3 часа после внесения водорастворимой формы металла на супесчаной почве 93% от изначально внесённого количества его обнаруживалось в кислотной вытяжке, а через 72 часа 79% от изначально внесенного количества, на среднесуглинистой 96% и 86% соответственно. В течение 120 суток количество кислоторастворимых форм снижалось.

Содержание прочносвязанных форм свинца в среднесуглинистой почве на 3-е сутки составляло 37,4 мг/кг против 79,0 мг/кг в супесчаной почве (рис. 5) Таким образом, в течение первых суток в супесчаной почве свинец закрепляется быстрее в прочных соединениях. Однако уже к 10-м суткам показатели на обеих почвах были близки и их рост прекратился (рисунок 5). К 120-м суткам на среднесуглинистой почве содержание прочносвязанных форм составило 35%

(60,5 мг/кг) от общего экстрагируемого количества, что достоверно выше такового на супесчаной почве (29%, 51,8 мг/кг).

Мг/кг почвы

а П1 ♦ П2

а ----- -s:

Л ы

--1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-,-1-1-1-

0-3 сут 0-10 0-40 0-80 0-120 сут

Время 0-3 ч

HCPo,oä=39,8

Рисунок 5. Содержание прочносвязанных почвами форм свинца (HCl-ААБ), мг/кг почвы. (Модельный опыт № 1).

По количеству подвижных условно-доступных форм свинца на вариантах модельного опыта №1 прослеживалась следующая закономерность: в первые 3-е суток в супесчаной почве их количество было заметно ниже, чем в среднесуглинистой. На 10-е сутки содержание подвижных форм свинца в почвах выравнивалось и далее достоверно не отличалось вплоть до 120-х суток (рис. 6), когда составляло 38% от изначально внесенного количества. Количество форм свинца, извлекаемых ЭДТА, различалось для исследуемых почв в модельном опыте №1. В среднесуглинистой почве свинец в больших количествах фиксировался в виде соединений, извлекаемых ЭДТА, по сравнению с супесчаной почвой.

В модельном опыте №2 выращивание растений увеличило контрастность описываемой ситуации. На супесчаной почве за период 40-120 суток количество прочносвязанных почвенными компонентами форм свинца имело тенденцию к уменьшению. На среднесуглинистой почве, наоборот, с течением времени наблюдалось достоверное увеличение количества прочносвязанных почвенными компонентами форм. На 40-е сутки их количество достоверно ниже такового на супесчаной почве (45,4 и 66,9 мг/кг соответственно), но увеличение заметно уже

по данным на 80-е сутки, а на 120-е сутки их количество составляло 68,1 мг/кг (прибавка по отношению к 40-м суткам 33%).

НСР1И=39,8

Рисунок 6. Содержание подвижных форм свинца (вытяжка ААБ). Мг/кг почвы. (Модельный опыт № 1).

В модельном опыте №2 количество свинца, извлекаемого ЭДТА, на 40-е сутки было примерно равно для обеих почв. В дальнейшем течение этого процесса было различно: за период 40-120 суток в среднесуглинистой почве показатель вырос на 23%, а на супесчаной почве уменьшился в два раза (табл. 3).

Таблица 3. Содержание свинца в почвах, мг/кг почвы

Модельный опыт №2, средние данные за два года

Варианты опыта Сроки (сут! НСР00 5**

0-40 80-120

П1 I П2 П1 1 П2

1мНС1

0 9,0 6,1 8.2 8,2 15,5

5,6 4,8 8,0 9.0

РЬ 181.3 173,0 114,5 138,7

ЫРК+РЬ 198,8 169,7 125,0 120,5

ААБ

0 2,0 2,7 2.5 6,0 10,1

ЫРК 1,4 3,4 3,3 3,7

РЬ 114.4 127,6 61,2 70,6

ЫРК+РЬ 128.4 137.1 77.8 75,0

ААБ+ЭДТА

0 1.7 3,6 7,7 4,5 13,8

ЫРК 3,9 3,9 5,6 7,8

РЬ 145,1 149,1 77,1 102,5

ЫРК+РЬ 155,0 146,0 83,9 105,1

*П1- супесчаная почва, П2- среднесуглинистая почва **НСР приведено для вариантов с внесением ТМ

Внесение удобрений оказало существенное влияние на общее количество кислоторастворимых форм свинца на супесчаной почве, достоверно увеличив их количество с 181,3 до 198,8 мг/кг почвы (40-е сутки). На среднесуглинистой почве внесение удобрений не оказало такого влияния.

Внесение удобрений достоверно не повлияло на содержание условно-доступного свинца в первые 40 суток его нахождения в среднесуглинистой почве, однако наблюдалась тенденция к увеличению его подвижности на супесчаной почве. На 120-е сутки обнаруживаются уже достоверные отличия, указывающие на увеличение (на 21%) подвижности свинца в супесчаной почве при внесении удобрений. Важно отметить, что наблюдается высокая корреляционная зависимость (11=0,9) между содержанием подвижных форм свинца в почвах модельного опыта (сроков 0-40 и 80-120) и его содержанием в биомассе ячменя.

В вегетационном опыте на 90-е сутки вегетации ячменя на момент уборки урожая количественные показатели вытяжек свинца были близки к таковым на 80-е сутки в модельных опытах. Количество кислоторастворимых форм на среднесуглинистой почве было ниже, чем на супесчаной.

Внесение удобрений сказалось на подвижности свинца аналогичным образом. На супесчаной почве отмечено увеличение условно-доступных форм свинца при внесении удобрений, тогда как без внесения удобрений разницы в количестве подвижного свинца в двух почвах не наблюдалось.

НСР„.М=12,6

Рисунок 7. Содержание форм свинца в почвах. Мг\кг почвы. (Вегетационный опыт № 1. Средние данные за два года).

Кроме того, при внесении удобрений уменьшалось содержание форм металла, переходящих в вытяжку ААБ+ЭДТА. На среднесуглинистой почве уменьшение составило около 40%, а на супесчаной почве 100%, т.е., как видно из рисунка 7, при внесении удобрений такие формы свинца в супесчаной почве не обнаруживались.

На варианте с внесением ЫРК это может быть связано с подкисляющим действием минеральных удобрений, а также с тем, что во второй половине периода развития ячменя, когда полив сокращается, в супесчаной почве создались условия для минерализации органического вещества, в результате содержание свинца в ЭДТА вытяжке уменьшалось.

Глава 3.3. Влияние удобрений и форм нахождения кадмия в почвах на урожай, поступление биофильных элементов и накопление металла в

растениях

Злаковые культуры в течение периода 0-40 суток, начиная с посева семян и заканчивая стадией кущения до начала выхода в трубку, наиболее уязвимы и поглощают металлы в пропорциональном находящемуся в почве количеству их подвижных форм, испытывая стресс от повышенных концентраций токсикантов

[Стрнад и др., 1991] В модельном опыте на супесчаной почве в вариантах с внесением кадмия наблюдали снижение биомассы ячменя в среднем на 25-40% независимо от времени нахождения токсиканта в почве (табл. 6). На среднесуглинистой почве внесение кадмия не привело к существенному изменению биомассы ячменя.

Важно отметить, что при внесении NPK в модельном опыте существенно (в 1,5-2 раза) увеличился выход биомассы ячменя. Однако негативное влияние кадмия отмечено и при внесении удобрений (снижение биомассы составляет 1527%). При внесении удобрений токсическое действие кадмия затрагивает растения на обеих почвах, причем, как внешние признаки (хлоротичность и вялость листьев, слабый рост) так и снижение биомассы (на 19%) указывает на сохранение токсичности кадмия в интервале 80-120 суток (табл. 4).

Таблица 4. Биомасса ячменя (г/10 растений)

Модельный опыт №2, средние данные за два года

Варианты Супесь П1 Средний суглинок

Сроки 0-40 суток 80-120 0-40 суток 80-120

Контроль 0,87 1,11 1.17 1.24

NPK 1,48 1,85 1.95 2,46

РЬ 0,85 0,96 1.21 1,09

NPK+Pb 1,54 1,37 1,80 1,81

Cd 0,70 0,66 1,08 1.12

NPK+Cd 1,44 1,40 1,60 1,72

HCPnn, 0,18

Злаковые культуры, в целом, сильно нивелируют действие различных негативных факторов на качество и массу своей генеративной части, однако при высоких концентрациях кадмия в почве на качестве зерна ячменя все же сказывается его негативное воздействие. В вегетационном опыте отмечается худшее завязывание семян на всех вариантах с внесением кадмия, а при внесении удобрений достоверное снижение массы 1000 зерен и массы зерна на среднесуглинистой почве (табл. 5).

Таблица 5. Масса 1 ООО зерен ячменя в вегетационном опыте №1

(средние данные за два года), (г/10 растений).

Варианты Супесь (П1) Средний суглинок

Контроль 13,4 16,7

ЫРК 26,2 32,1

РЬ 17,0 23,6

ИРК+РЬ 26,5 34,0

Сс1 17,9 20,8

№К+Сс1 24,6 28,6

НСР0 05 2,4

Как уже было показано выше, в модельных опытах в течение 120 суток в почвах не уменьшалось количество условно-доступного растениям кадмия, при этом и его содержание в растениях также остаётся стабильно высоким (рис. 8). В опыте №2 кадмий накапливался в биомассе ячменя в количестве 0,98-1,56 мг/кг сухой массы, что соответствует 3-5 ПДК (МДУ - Временный максимально-допустимый уровень содержания химических элементов в кормах для животных, мг/кг сухой массы (от 15.07.87 №123-41-8)).

На супесчаной почве в модельном и вегетационном опытах наблюдалась тенденция, когда внесение удобрений увеличивало содержание кадмия в биомассе и соломе ячменя. В особенности это выражено в модельном опыте по данным на 40-е сутки после внесения кадмия. При этом на среднесуглинистой почве при внесении удобрений таких изменений не отмечали. Показатели содержания условно-доступного растениям кадмия в почвах модельного опыта на 40-е сутки хорошо коррелируют с его содержанием в биомассе ячменя (11=0,8), что указывает на недостаточную работу барьерных функций в отношении поглощения кадмия растениями ячменя в период первых 40 суток их роста.

НСР„,о5=0,50

Рисунок 8. Содержание кадмия в биомассе ячменя в зависимости от сроков после внесения загрязнителя. (Модельный опыт № 2. Средние данные за два года).

В вегетационном опыте кадмий так же снижал накопление азота в растениях на вариантах супесчаной почве с внесением удобрений. В целом эти наблюдения подтверждают, что в супесчаной почве и преимущественно при внесении удобрений кадмий остается в подвижном состоянии и в токсичных для растений концентрациях в течение всего периода наблюдений (0-120 суток).

В вегетационном опыте содержание кадмия в соломе было достоверно выше на вариантах без внесения удобрений на супесчаной почве и составляло 1,62 мг/кг сухой массы (>5ПДК), в сравнении с аналогичным вариантом на среднесуглинистой почве - 1,24 мг/кг (4ПДК). Количество условно-доступных форм кадмия в почвах также коррелирует с содержанием кадмия в соломе ячменя (к=0,7). При этом зерно ячменя оставалось на уровне ПДК на всех вариантах с внесением загрязнителя независимо от почвы.

На вариантах с внесением удобрений в вегетационном опыте на обеих почвах в среднем на 52% увеличивался вынос кадмия растениями ячменя.

При загрязнении почв изменялись уровни накопления элементов питания зеленой массой ячменя: под действием кадмия на обеих почвах снижалось

содержание азота и фосфора (табл 5). Наиболее негативно кадмий повлиял на поступление азота в растения. В блоке 0-40 суток содержание азота в биомассе ячменя на среднесуглинистой почве снижалось на 34%, а на супесчаной на 17%. Примечательно, что в интервале 80-120 суток эта закономерность сохраняется: на среднесуглинистой почве уменьшение составляет 32%, а на супесчаной -48% В этих данных прослеживается аналогия с изменением подвижности кадмия в почвах во временных блоках 0-40 и 80-120, когда вначале на среднесуглинистой почве кадмий закреплен менее прочно, чем на супесчаной, а затем ситуация меняется на противоположную (11=0,7)

Таблица 6. Содержание макроэлементов в биомассе ячменя (модельный опыт №2), средние данные за два года

Варианты опыта 14, % Р,% К,%

Супесь (П1)

Сроки,сут. 0- 80- 0-40 80- 0-40 80-120

Контроль 0,76 0,6 0,43 0,48 7,1 6.4

ЫРК 1,83 1,67 0,55 0,53 8,9 7,5

РЬ 0,62 0,47 0,40 0,35 6,7 5,5

С(1 0,53 0.32 0,36 0,40 6,9 6,4

ИРК+РЬ 1,52 1,44 0,59 0,45 7,7 6,9

ЫРК+Сё 1,00 1,26 0,62 0,35 8,8 7,7

НСРпп, 0,27 0,07 1,32

Средний суглинок ГП2)

Сроки,сут. 0- 80- 0-40 80- 0-40 80-

Контроль 1,05 0,76 0,43 0,54 6,7 5,2

ИРК 2,15 1,79 0,61 0,65 8,3 6,3

РЬ 0,70 0,60 0,43 0,45 7,0 4,6

С(1 0,69 0,47 0,44 0,47 7,2 4,3

ИРК+РЬ 2,13 1,55 0,63 0,52 8,5 5,5

№К+Сс1 1,85 1,54 0,60 0,59 7,2 4,5

НСР„„, 0,27 0,07 1,32

Внесение минеральных удобрений не изменяло негативного воздействия кадмия на поступление азота и фосфора в растения: на супесчаной почве во временном блоке 80-120 снижение составляло 23-40% (табл. 6).

Глава 3.4. Влияние удобрений и форм нахождения свинца в почвах на урожай, поступление биофильных элементов и накопление металла в

растениях

В наших исследованиях влияние высоких концентраций свинца на выход биомассы ячменя и содержание биогенных элементов в целом не столь существенно, как для кадмия.

В вегетационном опыте №2 с внесением свинца в дозе 5ПДК (160 мг/кг) на среднесуглинистой почве на вариантах без ИРК наблюдали снижение массы соломы ячменя на 37%. При этом, на вариантах с №К не отмечали негативного влияния свинца, что говорит о том, что удобрения на фоне средневысокого содержания металла нивелируют его токсическое воздействие на растения.

Существенное влияние на снижение биомассы свинец оказал при выращивании растений салата в модельном опыте №4. Уже на ранних стадиях развития растения на вариантах с 5ПДК свинца стали демонстрировать замедленное развитие и на 14-е сутки выглядели сильно угнетенными. В итоге снижение биомассы составило более 60%. Это указывает на то, что по сравнению с ячменём, салат обладает большой чувствительностью к подвижным соединениям свинца в почве.

В модельном опыте №2 на двух разных почвах при внесении 10ПДК свинца без внесения удобрений не наблюдалось снижения биомассы ячменя. Однако на фоне ЫРК произошло уменьшение биомассы на 32-50% (до уровня контрольного варианта) на супесчаной и среднесуглинистой почве в блоке 80120, следовательно, полное минеральное удобрение усиливало токсичность свинца для ячменя при сверхвысоких его концентрациях (табл. 4).

Содержание свинца в биомассе ячменя, высеянного сразу же после внесения загрязнителя (блок 0-40), превышает ПДК для кормов сельскохозяйственных животных в 8 раз. Произраставший в период 40-80 суток после внесения загрязнителя ячмень содержит в среднем на 30% меньшее количество свинца. Однако и в этом случае его содержание в биомассе составляет 5-6 ПДК. Ячмень блока 80-120 суток содержит в среднем на 50% меньшее количество свинца (4ПДК), чем высеянный сразу же после внесения загрязнителя (рис. 9, табл. 7).

НСРо. 05=6,36

Рисунок 9. Содержание свинца в биомассе ячменя в зависимости от сроков после внесения загрязнителя. (Модельный опыт № 2. Средние данные за два года).

На поступление свинца в растения большое влияние оказали свойства почв. На супесчаной почве в блоке 80-120 суток в биомассе ячменя наблюдали достоверно более высокое (на 30%) содержание свинца по сравнению с растениями, которые выращивали на среднесуглинистой почве.

При этом на супесчаной почве сокращение содержания свинца в биомассе (при сравнении показателей на 40-е и 120-е сутки) меньше, чем на среднесуглинистой почве (28 и 51% соответственно), что связано с большей потенциальной поглотительной способностью среднесуглинистой почвы.

В модельном опыте внесение минеральных удобрений способствовало увеличению содержания свинца в растениях и его выноса в блоке 0-40 суток, а так же увеличивало вынос свинца растениями на вариантах вегетационного опыта в среднем на 45% (табл. 7).

На вариантах вегетационного опыта содержание свинца в соломе ячменя было достоверно выше на вариантах супесчаной почвы по сравнению со среднесуглинистой (26,9 мг/кг и 23 мг/кг соответственно), что подтверждает обнаруженную закономерность. Количество свинца в зерне ячменя достоверно не различается по вариантам опытов, при этом оно составляет 2ПДК.

Таблица 7. Содержание свинца в биомассе ячменя (мг/кг сухого вещества) и вынос свинца растениями ячменя (мг/сосуд) (модельный опыт №2), средние данные за два года

Варианты Сроки (сут.) опыта 0-40 80-120

Почвы Супесь (П1) Ср. сугл (П2) Супесь (П1) Ср. сугл. (П2)

Свинец мг/кг мг/с- д мг/кг мг/с-д мг/кг мг/с- д мг/кг мг/с-д

О 2,43 0,002 1,68 0,002 2,65 0,003 2,65 0,003

NPK 2,33 0,003 1,88 0,003 2,40 0,004 2,1 0,005

РЬ 41,1 0,035 41,5 0,050 29,6 0,028 20,5 0,022

NPK+Pb 52,4 0,081 41,4 0,074 31,3 0,043 23,9 0,043

НСРо.05** мг/кг 6,36 // мг/сосуд 0,02

**НСР приведено для вариантов с внесением ТМ При загрязнении почвы свинцом в модельном и вегетационном опытах

незначительно снижалось накопление азота и фосфора растениями. Влияние свинца проявляется в основном на вариантах с внесением удобрений на супесчаной почве: содержание азота в соломе ячменя в вегетационном опыте уменьшилось на 34%, а в модельном опыте в течение срока 0-40 суток - на 17%.

В период 80-120 суток негативное влияние свинца сказывается на накоплении фосфора растениями При этом важно отметить, что наблюдается протекторная роль высоких доз фосфорных удобрений по инактивации подвижного свинца в почве, так как одновременное снижение накопления растениями свинца и фосфора может быть обусловлено связыванием аниона фосфорной кислоты в нерастворимый осадок РЬНР04, что при высоких количествах свинца существенно уменьшает количество доступного фосфора для растений.

Выводы

1. Показано, что изменение содержания кислоторастворимых и условно-доступных растениям форм кадмия во времени носит сложно предсказуемый характер и сильно зависит от физико-химических характеристик почв. На средцесуглинистой и произвесткованной супесчаной почвах кадмий стабильнее удерживается в прочносвязанных соединениях, чем в супесчаной непроизвесткованной.

2. Свинец активнее закрепляется почвами и сокращение его доступных растениям форм носит прогнозируемый характер.

3. Установлено, что в течение первых 10-ти суток Сс1 и Рс1 на среднесуглинистой почве закреплены менее прочно, чем на супесчаной. После 40-х суток увеличение количества прочносвязанных форм металлов в почвах прекращается.

4. На более гумусированной среднесуглинистой почве металлы в течение 120 суток равномерно и все полнее связываются в комплексные соединения с органическим веществом, тогда как на супесчаной почве количество свинца и кадмия, переходящих в такого рода соединения (извлекаемые ЭДТА), нестабильно.

5. Внесение удобрений уменьшает уровень и меняет характер фиксации почвами металлов, и в первую очередь, кадмия. Установлено, что на супесчаной почве процесс закрепления кадмия в первые 40 суток замедляется и, в целом, прослеживается увеличение подвижности кадмия в течение 120-ти суток эксперимента.

6. Поступление кадмия в растения ячменя остаётся на первоначально высоком уровне вне зависимости от исследуемых сроков нахождения металла в почвах. Внесение минеральных удобрений усилило негативное влияние кадмия на рост и качество растений на супесчаной почве. Выявлена связь между изменением подвижности кадмия в почвах и его негативным влиянием на рост и поступление азота и фосфора в растения.

ячменя наблюдали на треть более высокое содержание свинца по сравнению с растениями на среднесуглинистой почве, что показывает существенное значение минеральной части почв в поступлении свинца в растения. Свинец оказывает на растения токсическое действие в меньшей степени, чем кадмий, но его влияние проявляется на фоне внесения минеральных удобрений.

8. Внесение полного минерального удобрения при исследуемых дозах загрязнителей способствовало увеличению поглощения свинца и кадмия растениями. В большей мере это было характерно для ячменя, произраставшего на супесчаной почве.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Сравнение эффективности различных сорбентов при экореабилитации почвы, загрязнённой тяжёлыми металлами // 7-я Пущинская школа-конференция молодых учёных «Биология - наука XXI века». Тезисы докладов. Пущино, 2003. С. 68-69

2. Сравнение эффективности различных сорбентов при экореабилитации почвы, загрязнённой свинцом // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003». Тезисы докладов. Почвоведение. М., 2003. С.55

3. Эффективность различных сорбентов при выращивании ячменя на загрязнённой свинцом почве // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2004». Тезисы докладов. Почвоведение. М., 2004. С. 40.

4. Влияние сорбентов на химические и микробиологические свойства загрязненной свинцом дерново-подзолистой почвы и поглощение его растениями // Агрохимия № 9, 2005. С.62-69. (соавторы B.C. Егоров, A.B. Кураков)

5. Динамика состояния тяжёлых металлов в дерново-подзолистой почве и поступление их в растения // Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2006». Тезисы докладов. Почвоведение. М., 2006. С. 43.

6. Динамика состояния тяжелых металлов в дерново-подзолистой почве и поступление их в растения // Экологическая агрохимия. Сборник статей, вып. I, под ред. В.Г. Минеева. Издательство Московского Университета, 2006. С. 214226 (соавтор C.B. Голятина).

7. Влияние удобрений на динамику содержания тяжелых металлов в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах // Всероссийская научно-практическая конференция «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям». Тезисы докладов. М, 2008. С.67. (соавтор Егоров B.C.)

8. Протекторная роль агрохимических свойств и гранулометрического состава в ферментативной активности дерново-подзолистой почвы, загрязнённой свинцом и кадмием // Плодородие, № 4, 2008. с. 43-45. (соавтор Егорова Е.В )

Подписано в печать 16.10.2008 Формат 60x88 1/16. Объем 2.0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 764 Отпечатано в ООО «Соцветие красок» 119991 г.Москва, Ленинские горы, д.1 Главное здание МГУ, к. А-102

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Госсе, Дмитрий Дмитриевич

ВВЕДЕНИЕ.

Часть I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Глава 1.1. Специфика тяжёлых металлов как загрязнителей почв и растительной продукции (на примере свинца и кадмия).

Глава 1.2. Формы нахождения свинца и кадмия в почвах.

Глава 1.3. Динамика форм нахождения свинца и кадмия в почвах и их поступления в растения.

Глава 1.4. Влияние внесения агрохимических средств на формы нахождения свинца и кадмия в почвах и их поступление в растения

Часть II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ.

Глава 2.1. Объекты и методы исследования.

Глава 2.2. Влияние свойств почв и минеральных удобрений на динамику форм нахождения кадмия.

Глава 2.3. Влияние свойств почв и минеральных удобрений на динамику форм нахождения свинца.

Глава 2.4. Влияние удобрений и форм нахождения кадмия в почвах на рост и качественные показатели ячменя.

Глава 2.5. Влияние удобрений и форм нахождения свинца в почвах на рост и качественные показатели ячменя

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по сельскому хозяйству, на тему "Влияние удобрений на динамику содержания тяжелых металлов в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах"

Важной особенностью современных систем земледелия и растениеводства является необходимость контроля за получением экологически безопасной продукции. Однако агроэкосистем, которые давали бы возможность получать качественную продукцию, становится всё меньше. Несовершенство существующих промышленных и сельскохозяйственных технологий с каждым годом приводит к возрастанию техногенной нагрузки на биосферу в целом, и на агроэкосистемы, в частности (Минеев и др., 1989). Почвы загрязняются тяжёлыми металлами, радионуклидами, пестицидами, веществами из атмосферных осадков. При высокой нагрузке техногенных загрязнителей на агроэкосистемы уже не приходиться рассчитывать на естественную буферность почв по отношению к загрязняющим веществам.

Наряду с прочими загрязнителями почв, особо опасными являются тяжёлые металлы (далее ТМ), такие как Cd, Pb, Zn, Ni, Cu, Hg и некоторые другие. Накопление в почвах ТМ оказывает отрицательное влияние на многие важнейшие почвенно-биологические процессы, что приводит к падению плодородия, урожайности и качества сельскохозяйственной продукции (Доклад о свинцовом загрязнении., 1997, Миронов, 1998, Умаров, 1980, Черных и др., 2003). В таких условиях особенно остро стоит проблема изучения поведения ТМ в различных по свойствам почвах и в системах почва-растения.

Известно, что, попадая в почву, соединения ТМ претерпевают значительные изменения. На их растворимость и биодоступность большое влияние оказывают свойства почв, вносимые минеральные удобрения и биологические особенности возделываемых культур. Благодаря буферным свойствам почвы, часть попадающих в неё тяжёлых металлов инактивируется, но большая доля остаётся мобильной и активно потребляется растениями. При этом следует отметить, что за последнее время значительно снизилась буферность почв по отношению к элементам-загрязнителям (Гузев и др., 1986, Карпова, 2006, Ушаков, 2007).

В настоящее время в РФ каждый третий гектар пашни характеризуется низким содержанием гумуса и фосфора, 63% эродировано, 29% пашни являются сильно и средне кислыми и подлежат первоочередному известкованию (Минеев и др., 1989, Миронов, 1998). По данным М.М. Овчаренко (2000), около 8% почв сельскохозяйственного использования содержат ТМ в количествах выше предельно допустимых концентраций. Кроме того, вследствие крайне недостаточного за последние годы в РФ внесения агрохимических средств (удобрений и химических мелиорантов) у культурных растений происходит ослабление , деятельности физиологических иммуноактивных барьеров, препятствующих поступлению токсических элементов и веществ в растения, особенно в генеративную их часть, составляющую продукцию растениеводства. Всё вышесказанное является причиной вовлечения токсичных количеств ТМ в биологический круговорот, которые, передаваясь по цепям питания, вызывают целый ряд негативных последствий (Алексеев, 1987, Доклад о свинцовом загрязнении. Д 997, Методические указания по обследованию почв, 1995, Минеев, 1998).

Основными источниками загрязнения почв ТМ являются металлургическая промышленность, транспорт и коммунальные отходы. Загрязнённые ТМ площади, как правило, приурочены к областям больших городов, а получаемая на них растительная продукция является важным источником продовольствия для городского населения (Нестерова, 1989). Поэтому весьма актуальным является поиск путей получения на таких почвах экологически безопасной продукции.

Исследования, в которых изучалось влияние свойств почвы и различных мелиоративных приёмов на подвижность ТМ, показали, что наиболее существенно снижает их доступность растениям увеличение различными приёмами физико-химической поглотительной способности почв, создание условий для осаждения ТМ в виде труднорастворимых соединений и проявления антагонизма ионов (Алексеева 2002, Витковская и др., 2002, Ефремова и др., 2003, Ильин, 1991, Кабата-Пендиас, 1989).

Однако открытым по прежнему остаётся вопрос о динамике закрепления соединений ТМ разными по составу и свойствам почвами. Недостаточно так же сведений о влиянии минеральных удобрений на трансформацию соединений ТМ в почвах и их поступления в растения в процессе вегетации. Познание этих закономерностей и процессов позволит разработать практические рекомендации по устранению токсичного действия ТМ в агроценозах различного профиля. Результаты таких исследований так же будут полезны при выработке правильной стратегии использования почв, загрязнённых тяжёлыми металлами.

ЧастьI. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ Глава 1.1. Специфика тяжёлых металлов как загрязнителей почв и растительной продукции

Среди загрязнителей биосферы тяжелые металлы (атомный вес которых в периодической системе больше 40) относятся к числу важнейших. Большинство из них являются микроэлементами, то есть содержатся в живых организмах в микроколичествах, но при этом играют важную физиологическую роль - входят в состав ферментов, гормонов, витаминов и других жизненно важных соединений. В эту группу попадают Си, Ъп, Мо, Со, Мп, Бе, т.е. те элементы, позитивное биологическое значение которых обнаружено и доказано. При этом имеется группа металлов, которая включает Н^;, Сс1 и РЬ, за которой закрепилось только негативное понятие - «тяжелые» в смысле «токсичные».

Однако хотя и нет данных, свидетельствующих о том, что свинец жизненно необходим для роста каких-либо видов растений, имеется много сообщений о стимулирующем действии на рост последних некоторых солей свинца (главным образом РЬ(ТЧ03)2) при низких концентрациях. Более того, описаны эффекты торможения метаболизма растений, возникающие из-за низких уровней содержания свинца.

Поэтому неправильно называть и свинец однозначно токсичным элементом, нужно говорить об его токсичных концентрациях.

Экотоксикологический мониторинг за состоянием почвы включает определение валового содержания тяжелых металлов и токсических элементов, содержание их подвижных форм и сопоставление полученных данных с разработанными к настоящему времени нормативами. Нормирование содержания ТМ в почвах предусматривает установление их предельно допустимых концентраций (ПДК). Под ПДК понимается такая концентрация ТМ, при которой не наблюдается патологических изменений или аномалий в ходе биологических процессов в растениях, а также не происходит нарушающее биологический оптимум животных и человека накопление ТМ в растительной продукции. В настоящее время еще не разработаны адекватные ПДК для большого количества элементов (Ермохин, Бобренко, 2000, Носовская, 2001, Обухов и др., 1981)).

В Российской Федерации для ряда тяжёлых металлов разработаны так называемые ориентировочно-допустимые количества, или ОДК, которые утверждены соответствующими приказами министерств (Почва, город, экология, 1997). Так, для свинца, ОДК его валового содержания в кислых почвах составляет 65, а для кадмия 1 мг/кг. ОДК химического загрязнения почв ТМ определяется по их валовым и подвижным (доступным растениям) формам в почвах с различными физико-химическими свойствами и гранулометрическим составом.

Объединение свинца, кадмия и ещё ряда элементов в группу «тяжёлых металлов» прежде всего связано с их возросшей технофильностью. Интенсивное развитие промышленности и энергетики привело к увеличению количества этих элементов в биосфере до уровня не свойственного самой природе, в результате чего описано уже множество фактов возникновения антропогенных биогеохимических аномалий (Эль-Амин Бабикер, 2001). По данным агрохимической службы России почти 0,4 млн. га в нашей стране оказались загрязненными свинцом и кадмием.

Свинец среди тяжёлых металлов характеризуется одними из наиболее высоких показателей техногенности и одновременно токсичности по отношению к живым организмам (Орлов, 1996). При этом, на загрязнённой свинцом почве неизбежно повышенное поступление элемента в растения, а затем и в продукты питания, корма (Зыкина, Чугунова, 1984).

Свинец является сильным ферментным ядом, обуславливающим денатурацию белковых молекул. Степень фитотоксичности свинца зависит от его концентрации в почве, физико-химических свойств почвы и видового состава растений (Гуральчук, 1994, Дмитраков и др., 1998).

Загрязнение почв свинцом оказывает отрицательное воздействие на микробиоту и почвенно-микробиологические процессы (Звягинцев и др., 1997).

В характерных для биосферы условиях свинец представлен соединениями со степенью окисления +2 и +4. Более устойчивы и распространены в почве соединения РЬ(П). Главным природным источником тяжелых металлов в почве являются породы и породообразующие минералы, в которых они могут присутствовать в качестве изоморфных примесей в структуре кристаллических решеток. В природных минералах свинец может замещать близкие ему по ионному радиусу калий и магний. В породообразующих минералах содержание свинца может достигать 280 мг/кг (ортоклаз, микроклин).

На данный момент наиболее опасные источники загрязнения биосферы свинцом следующие: предприятия черной и цветной металлургии; нефтехимическая промышленность; заводы по производству и переработке аккумуляторных батарей; автомобильный транспорт. Сильное загрязнение свинцом обнаружено вблизи автострад. Ширина придорожных аномалий свинца в почве достигает 100 м и более (Орлов 1998, Скворцова, 1980).

Кадмий, так же как и свинец, элемент чрезвычайно высокой техногенности и токсичности. Средний модуль техногенного давления Cd на почвенный покров суши в целом составляет 0,2-9 мг/м в год (Ягодин, 1996). Всемирной организацией здравоохранения он отнесён к числу наиболее опасных для здоровья человека элементов. При этом он находит все большее применение в гальванике, производстве полимеров, пигментов, серебряно-кадмиевых аккумуляторов. В определённых условиях ионы кадмия обладают большой подвижностью в почвах, легко транслоцируются в растения, накапливаются в них в больших концентрациях и по пищевым цепям поступают в организмы животных и человека (Садовникова, Орлов, 2002). Исследования, проведённые на животных разного уровня организации показали, что соли кадмия обладают мутагенными и канцерогенными свойствами и представляют потенциальную генетическую опасность.

Кадмий (Сё) имеет на внешнем энергетическом уровне атома два электрона, поэтому в природных условиях чаще всего встречается в двухвалентном состоянии Сё (II).

Естественные уровни содержания кадмия в почвах подвержены значительным колебаниям и зависят в основном от его содержания в минералах, почвообразующих породах. Основная масса кадмия в процессе почвообразования рассеивается в сульфидных минералах меди, железа, цинка. Основными минералами-концентраторами Сё являются сфалерит, в котором содержится до 5% Сё, и смитсонит - до 4,5%.

Помимо атмосферных выбросов загрязнение сельскохозяйственных угодий свинцом и кадмием происходит из-за примесей в минеральных удобрениях, попадающих с сырьем для производства удобрений и с загрязненными мелиорантами (Минеев, 1998, Попова, 1991).

Свинец и кадмий в минеральных удобрениях являются естественной примесью, содержащейся в агрорудах, поэтому их содержание в удобрениях зависит от исходного сырья и технологии переработки. В таких органических удобрениях как навоз и его производные содержание свинца зависит от потребляемого животными сырья, а для торфа, компостов и ОСВ — от источника получения и характера переработки.

Удобрения, содержащие свыше 8*10'4 % Сё, считаются потенциальными загрязнителями. При их систематическом внесении превышается установленная в европейских странах ПДК Сс1 в почвах 3-5 мг/кг. Считается, что наибольшую опасность из массово применяемых минеральных удобрений представляет суперфосфат, в котором содержится от 50 до 170 мг/кг кадмия и от 7 до 92 мг/кг свинца. Далее, в порядке убывания, следуют концентрированные калийные удобрения (хлористый калий, сульфат калия), сложные удобрения (азофоска, нитрофоска, карбофоска) (Валитова, 2006).

Применение высоких доз удобрений, а так же нарушение научно обоснованной агрономической технологии их внесения может привести к накоплению токсичных элементов в почвах агроэкосистем (Методические указания по обследованию почв., 1995).

Концентрация ТМ в основном органическом удобрении - навозе крупного рогатого скота находится на уровне значений, характерных для фосфорно-калийных туков. Поскольку доза внесения навоза за ротацию севооборота по массе примерно в 3 раза превышает дозу минеральных удобрений, то и поступление ТМ с ним, соответственно, выше (Анциферова, 2003).

Однако несравнимо более "сильно загрязняются свинцом и кадмием почвы агроэкосистем при внесении осадков сточных вод (ОСВ) и компостов на основе бытовых отходов. Так, Е.Ю. Анциферовой (2003) показано, что в условиях ежегодного внесения 15-30 т/га ОСВ в расчёте на сухое вещество уровень ПДК РЬ и Сс1 для дерново-подзолистой супесчаной почвы изначально не загрязнённой металлами достигается по истечении 3-4 лет.

По данным Н.Г. Поповой (1992) потенциально опасным мелиорантом является так же известь. При внесении извести в дозе 5 т/га концентрация РЬ увеличивается на 0,6% от его валового содержания, и с течением времени это может привести к существенному загрязнению почвы.

Действием перечисленных источников загрязнения свинец и кадмий попадают на поверхность почвы и затем могут ассимилироваться растениями через их корневые системы. Однако в условиях загрязнения атмосферного воздуха промышленной пылью и газами с высоким содержанием свинца и кадмия необходимо обращать внимание и на возможное поступление их в растения через листья и стебли. Внекорневое поглощение химических элементов происходит по безбарьерному типу, поэтому загрязнённый воздух представляет большую опасность для растений (Минеев, 1998).

Проблема загрязнения продукции растениеводства свинцом и кадмием имеет место и в тепличных хозяйствах, особенно при < выращивании корнеплодов и зеленных культур, которые легко накапливают тяжёлые металлы. В почвы тепличных хозяйств свинец и кадмий попадают с почвогрунтами, удобрениями, химическими средствами защиты растений (Покровская 1995).

Во всех перечисленных случаях, свинец и кадмий, переносимые различными агентами, накапливаются в почвенной толще в избыточных количествах, особенно в верхрих гумусовых горизонтах, и медленно удаляются при выщелачивании, потреблении растениями, эрозии и дефляции. Период их полуудаления составляет от 110 до 5900 лет (Орлов, 1996).

Накопление РЬ и Сс1 в почвах не остаётся без последствий, а оказывает многостороннее негативное влияние на все составляющие звенья агроэкосистемы. Свинец и кадмий непосредственным образом влияют на суть разных почвенных и биохимических процессов в растениях. В комплексе это приводит к снижению плодородия почвы, падению урожайности и ухудшению качества продукции сельскохозяйственных культур. В связи с этим необходимо рассмотреть, как соединения свинца и кадмия трансформируются в почве, насколько они подвижны в разных условиях, и как складывается их динамика в почвах агроэкосистем.

Заключение Диссертация по теме "Агрохимия", Госсе, Дмитрий Дмитриевич

ВЫВОДЫ

1. Показано, что изменение содержания кислоторастворимых и условно-доступных растениям форм кадмия во времени носит сложно предсказуемый характер и сильно зависит от физико-химических характеристик почв. На среднесуглинистой и произвесткованной супесчаной почвах кадмий стабильнее удерживается в прочносвязанных соединениях, чем в супесчаной непроизвесткованной.

7. Ячмень, произраставший в интервале 80-120 суток после загрязнения почвы свинцом, содержит в два раза меньшее количество металла, чем высеянный сразу после внесения загрязнителя. На супесчаной почве в биомассе ячменя наблюдали на треть более высокое содержание свинца по сравнению с растениями на среднесуглинистой почве, что показывает существенное значение минеральной части почв в поступлении свинца в растения. Свинец оказывает на растения токсическое действие в меньшей степени, чем кадмий, но его влияние проявляется на фоне внесения минеральных удобрений.

Библиография Диссертация по сельскому хозяйству, кандидата биологических наук, Госсе, Дмитрий Дмитриевич, Москва

1. Авраменко П.М., Лукин C.B. Загрязнение почвы тяжелыми металлами и их накопление в растениях // Химия в сельском хозяйстве. 1999. №2. с. 31-32.

2. Автухович И.С. Повышение фитоэкстракции почв по Cd посредством применения ЭДТА // Лесной Вестник. 2003. №3. с. 14-15.

3. Алексеев A.A. Подвижность цинка и кадмия в почвах: Автореф. дис. . канд. биол. наук. -М.: Изд-во МГУ, 1979, 24 с.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Ленинград, ВО Агропромиздат, 1987.

5. Алексеева A.C. Влияние применения нетрадиционных органических удобрений на накопление тяжелых металлов и биологическую активность дерново-подзолистых супесчаных почв: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М., 2002. - 24 с.

6. Анциферова Е.Ю. Эколого-агрохимическая оценка осадков сточных вод, используемых в качестве удобрений: Дис. . канд. биол. наук.- М.: Изд-во МГУ, 2003, 23 с.

7. Арзамазова A.B. Ферментативная активность дерново-подзолистой почвы при загрязнении тяжелыми металлами и экологические функции удобрений: Автореф. дис. .канд. биол. наук.- М.: Изд-во МГУ, 2004, 23с.

8. Ахтырцев Б.П., Ахтырцев А.Б., Яблонских Л.А. Тяжелые металлы в почвах пойменных ландшафтов Среднерусской лесостепи и их миграция

9. Тяжелые металлы в окружающей среде: материалы международного симпозиума 15-18 октября 1996 г., Пущино, 1997. С. 15-24.

10. Бабьева И.П., Левин C.B., Решетова И.С. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. М., 1980. - с. 115-120.

11. Байдина H.JI. О содержании тяжелых металлов в гранулометрических фракциях почвы в Новосибирске // Агрохимия. 2001. №3.

12. Белицина Г.Д., Скворцова И.Н., Дронова Н.Я., Томилина JI.H. Влияние тяжелых металлов на ферментативную активность почв: Тезисы докладов VII Съезда ВОП. Ташкент, 1985. 4.2. с. 182.

13. Большаков И.А., Краснова Н.М., Борисочкина Т.И., Сорокин С.Е., Граковский В.Г. Аэротехногенное загрязнение почвенного покроватяжелыми металлами: источники, масштабы, рекультивация. — М.: 1993. С. 92.

14. Будников Г.К. Тяжёлые металлы в экологическом мониторинге водных систем. // Соросовский образовательный журнал. №5, 1998.

15. Булавко Г.И. Влияние соединений свинца на азотфиксирующие микроорганизмы //Микробиологические процессы в почвах Западной Сибири. — Новосибирск. 1982. - с. 110-120.

16. Булавко Г.И., Наплекова H.H. Влияние свинца на микрофлору дерново-подзолистой почвы и чернозема выщелоченного // Известия СО АН СССР Сер. биол. наук. 1984. №18/3. - с. 36-39.

17. Бутовский Р.О. Проблемы химического загрязнения почв и грунтовых вод в странах европейского союза// Агрохимия, 2004. № 3. С. 74 81.

18. Важенин И.Г. Почва как активная система самоочищения от технического воздействия тяжелых металлов ингредиентов техногенных выбросов // Химия в сельском хозяйстве. 1982. №3. С. 3-5.

19. Валитова А.Р.Агроэкологическая оценка фитомелиорации супесчаной дерново-подзолистой почвы, загрязненной тяжелыми металлами в результате удобрения осадками сточных вод: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2006, 23 с.

20. Васильевская В.Д., Шибаева И.Н. Фракционный состав соединений металлов в почвах южнотаежного Заволжья // Почвоведение. 1991. №11.

21. Виноградов Л.П. Основные закономерности в распределении микроэлементов между растением и средой // Микроэлементы в жизни растений и животных. М.: Изд-во АН СССР, 1982. С. 7-20.

22. Витковская С.Е., Дричко В.Ф. Влияние органических отходов на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы и поступление тяжелых металлов в растения //Агрохимия. 2002. №7. с. 5-10.

23. Воробьева Л.А., Лобанова Е.А. Показатели подвижности свинца в почвах// Свинец в окружающей среде. -М.: Наука, 1987. с. 76-88.

24. Галиулин Р.В., Галиулина Р. А. Фитоэкстракция тяжелых металлов из загрязненных почв// Агрохимия, 2003. № 3. С. 77-85.

25. Гапонюк Э.И., Малахов С.Г. Комплексная система показателей экологического мониторинга почв // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. с. 3-10.

26. Гармаш Г.А. Накопление тяжелых металлов в почвах и растениях вокруг металлургических предприятий: Автореф. дис. . канд. биол. наук.- Новосибирск, 1985, 16 е.

27. Глунцов Н.М., Макарова С.Л. Загрязнение тепличных грунтов тяжелыми металлами // ГАВРИШ. 1999. №1. с. 35-41.

28. Горбатов B.C. Динамика трансформации малорастворимых соединений цинка, свинца и кадмия в почвах // Почвоведение. 1989. №6. с. 129-133.

29. Горбатов B.C. Трансформация соединений и состояние цинка, свинца и кадмия в почвах: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1983. 24 с.

30. Горешникова Е.В. Влияние свойств дерново-подзолистых почв и известкования на поступление кадмия, цинка и свинца в растения: Дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1995.

31. Горовой Л. Ф. Петюшенко А.П. Механизмы сорбции ионов металлов грибными хитинсодержащими комплексами. // Новые перспективы в использовании хитина и хитозана. Москва Щелково, 1999.

32. Государственный доклад "О состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1999 году". М., 2000. - 580 с.

33. Гребенников A.M., Ельников И.И. Экологические функции культурной растительности в агроценозе// Агрохимия, 2001. № 9. С. 115-121.,

34. Гузев B.C., Левин C.B., Бабьева И.П. Тяжелые металлы как фактор воздействия на микробную систему почв // Экологическая роль микробных метаболитов / под ред. Звягинцева Д.Г. М., 1986. - с. 82104.

35. Гуральчук Ж.З. Механизмы устойчивости растений к тяжелым металлам // Физиология и биохимия культурных растений. — т.26, №2. -1994.-с. 107-117.

36. Дмитраков Л.М., Дмитракова Л.К., Абалина И.А. Устойчивость растений при воздействии возрастающих доз тяжелых металлов. -Пущино, 1998.

37. Добровольский Г.В. Биосферные циклы тяжелых металлов и регуляторная роль почвы. // Почвоведение. 1977. N4. С.431-441.

38. Довбыш С.А. Формы тяжелых металлов в природных и техногенно загрязненных черноземных почвах Алтайского Приобья: Автореф. дис. . канд. с/х наук. Барнаул, Алтайский государственный аграрный университет. - 2000, 25 с.

39. Доклад о свинцовом загрязнении окружающей среды Российской федерации и его влиянии на здоровье населения. М.: РЭФИА, 1997. -230с.

40. Дорошкевич С.Г., Убугнов JLJI. Влияние органо-минеральных удобрительных смесей на основе осадков сточных вод и цеолитов на агрохимические свойства аллювиальной дерновой почвы.//Агрохимия. -2002. №4. С. 5-10.

41. Евдокимова Г.А. Накопление нитратов в растениях на почвах с повышенным содержанием тяжелых металлов // Почвоведение. 1993. №8. С. 110-113.

42. Егоров B.C. Агроэкологическая оценка действия и последействия разных систем удобрения в 'агроценозах на дерново-подзолистых почвах// Дис. .докт. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2007, 240 с.

43. Едемская H.JL Биологическая активность дерново-подзолистых почв, загрязненных тяжелыми металлами. М.: Изд-во МГУ, 1995.

44. Елпатьевский П.В., Аржанова В.Е. Роль органических веществ в миграции тяжелых металлов в загрязненных почвах // Микроэлементы в биологии и их применении в сельском хозяйстве и медицине: Тезисы доклада, Всесоюзная конференция. Самарканд, 1990.

45. Елькина Г.Я., Табаленкова Г.Н., Куренкова C.B. Влияние тяжелых металлов на урожайность и физиолого-биохимические показатели овса // Агрохимия. 2001. №8. с.73-78.

46. Ермоленко Н.Ф. Микроэлементы и коллоиды почв. Минск, 1966, 320с.

47. Ермохин Ю.И., Бобренко И.А. Особенности накопления тяжелых металлов растениями сорго-суданского гибрида при внесении минеральных удобрений // Доклады Российской Академии Сельскохозяйственных наук. 2000. №6.

48. Ефремова Н.Е., Ли В.Ч., Муравьёва М.Б. Влияние биосорбентов на содержание свинца в почве и растениях. // Тезисы докладов X Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов-2003». Москва. 2003. С. 41.

49. Жересна Л.О. Воздействие аграрных удобрений на транслокацию РЬ и Cd в растения ячменя из загрязненных почв // Вюник аграрной наую. 2002. №9.

50. Жидеева В.А., Васенев И.И., Щербаков А.К.Фракционный состав соединений Pb, Cd, Ni, Zn в лугово-черноземных почвах, загрязненных выбросами аккумуляторного завода // Почвоведение. 2002. №6.

51. Звягинцев Д.Г., A.B. ' Кураков, М.М. Умаров, 3. Филин. Микробиологические и биохимические показатели загрязнения свинцом дерново-подзолистой почвы//Почвоведение. 1997. №9. с.1124-1131.

52. Золотарева Б.Р. Миграция и трансформация экзогенных форм соединений тяжелых металлов в почвах (натурное моделирование) // Тяжелые металлы в окружающей среде: материалы международного симпозиума 15-18 октября 1996 г., Пущино, 1997. С. 35 -43

53. Золотарева Б.Р., Скрипниченко И.И. Содержание и распределение ТМ (свинца, кадмия, ртути) в почвах Европейской части СССР // В сб.: Генезис, плодородие и мелиорация почв. Пущино, 1980. С. 77 - 90.

54. Зубкова В.М. Особенности накопления и распределения тяжелых металлов в сельскохозяйственных культурах и влияние удобрений на их поведение в системе почва-растение: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2004, 40с.

55. Зыкина JI.B., Чугунова М.В. Роль микроорганизмов в превращении соединений тяжелых металлов в почве // Актуальные вопросы изучения почв и почвенного покрова нечерноземной зоны. М., 1984.

56. Зырин Н.Г., Сердюкова A.B., Соколова Т.А. Сорбция свинца и состояние поглощенного элемента в почвах и почвенных компонентах // Почвоведение. 1986. №4. с.38-43.

57. Ильин В. Б. Тяжелые металлы в системе почва растение. Новосибирск, «Наука», 1991.

58. Ильин В.Б. Оценка буферности почв по отношению к тяжелым металлам//Агрохимия. 1995. №10

59. Ильин В.Б. Оценка защитных возможностей системы почва-растение при модельном загрязнении почвы свинцом (по результатам вегетационных опытов) // Агрохимия, 2004. №4. С.52-57.

60. Ильин В.Б. Оценка существующих экологических нормативов содержания тяжелых металлов в почве // Агрохимия, 2000. № 9. С. 7480.

61. Ильин В.Б. Степанова М.Д. Распределение свинца и кадмия в растениях пшеницы, произрастающей на загрязненной этими металлами почве // Агрохимия, 1979. № 5. С. 114-119.

62. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. -Москва.: Мир, 1989. 439 с.

63. Карпова Е.А. Оценка состояния земель нечерноземной зоны в плане микроэлементов: Дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1985. -156 с.

64. Карпова Е.А. Эколого-агрохимические аспекты длительного применения удобрений: состояние тяжелых металлов в агроэкосистемах: Автореф. дис. . докт. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2006, 47 с.

65. Касатиков В.А., Руник В.Е. Влияние мелиорантов на содержание подвижных форм тяжелых металлов в дерново-подзолистой супесчаной почве // Агрохимия, 1995. №7. С.94-99.

66. Кижапкин П.П. Влияние различных мелиорирующих средств на плодородие супесчаной дерново-подзолистой почвы и продуктивность агроценозов, подвергшихся полиметаллическому загрязнению: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2006, 23 с.

67. Кинжаев Р.Р. Влияние длительного применения удобрений на состояние биогенных и токсичных элементов в агроценозе на дерново-подзолистой почве: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2004, 25 с.

68. Кобзев В.А. Взаимодействие загрязняющих почву тяжелых металлов и почвенных микроорганизмов // Загрязнение атмосферы, почвы и растительного покрова // Труды ИЭМ. 1989. Вып. 10 (86).

69. Колесников П.В, Казеев И.Н., Вальков Д.Р. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами. М., 1992.

70. Котова А.Ю. Исследование механизмов сорбции и биологической доступности 90Sr, 106Ru,137 Cs,144 в почвах различных типов: Автореф. дис. . канд. биол. наук. Обнинск, 1998, 27 с.

71. Кураков A.B. Загрязнение тяжёлыми металлами и почвенная биота // Деградация и охрана почв. Москва, 2002.

72. Кутукова Ю.Д. Состояние тяжелых металлов в почвах и накопление их растениями при внесении осадков сточных вод и мелиорантов: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2001, 25 с.

73. Ладонин Д.В. Влияние глинистых и железистых минералов на закрепление тяжелых металлов почвой при антропогенном загрязнении

74. Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям: Тезисы докладов Всероссийской конференции, посвященной 75-летию Почвенного института. Москва, 2002.

75. Ладонин Д.В. Соединения тяжелых металлов в почвах проблемы и методы изучения // Почвоведение. 2002. №6. С.682-692.

76. Ладонин Д.В., Пляскина О.В. Изучение механизмов поглощения Cu(II), Zn(II) и РЬ(П) дерново-подзолистой почвой // Почвоведение. 2004. №5. С. 537-545.

77. Ладонин Д.В., Пляскина О.В. Фракционный состав соединений Си, Zn, Cd, Pb в некоторых типах почв при полиэлементном загрязнении // Вестник МГУ. Сер. 17. №1, 2003. С. 9-15.

78. Лебедева Л.А. Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах // Агрохимия. 1993. №6.

79. Левин C.B., Гузев B.C., Асеева И.В., Бабьева И.П., Марфенина O.E., Умаров М.М. Тяжёлые металлы как фактор антропогенного воздействия на почвенную микробиоту // Микроорганизмы и охрана почв. М.: Изд-во МГУ, 1989. С. 5-46.

80. Лобода Б.П., Яковлева H.H., Корчагина Л.М. Агрохимическая и агроэкологическая оценка цеолитсодержащих агроруд при применении в растениеводстве // Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. -М.: Изд-во МГУ, 1998.

81. Лукин C.B. Тяжелые металлы в агроэкосистемах // Научные ведомости БГУ, 2000. №3.

82. Лукин C.B., Кононенко JI.A., Мирошникова Ю.В. Влияние кадмия на развитие фотосинтетического аппарата и урожайность яровой пшеницы // Агрохимия, 2004. № 3. С. 63 68.

83. Матвеев Н.М, Павловский В.А., Прохорова Н.В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в лесостепном и степном Поволжье. Самара, 1997. - 97 с.

84. Методика выполнения измерений валового содержания меди, кадмия, цинка, свинца, никеля и марганца в почвах, донных отложениях и осадков сточных вод методом пламенной атомно-абсорбционной спектрофотометрии. ПНДФ 16.1:2.2:2.3.36-2002. 54 с.

85. Методические указания по обследованию почв сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства на содержание тяжелых металлов, остаточных количеств пестицидов и радионуклидов. М.: ЦИНАО, 1995.-45 с.

86. Минеев В.Г. Экологические функции агрохимии. Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. // Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. -М.: Изд-во МГУ, 1998.

87. Минеев В.Г., Дебрецени Б., Мазур Т. Биологическое земледелие и минеральные удобрения. М., «Колос», 1993.

88. Минеев В.Г., Кочетавкин А.В., Нгуен Ван Бо. Использование природных цеолитов для предотвращения загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами. //Агрохимия, 1989. №8. С.89-95.

89. Миронов В.Г. Современное состояние и перспективы применения удобрений и химических мелиорантов в земледелии России. // Удобрения и химические мелиоранты в агроэкосистемах. М.: Изд-во МГУ, 1998.

90. Можайский Ю.А. Эколого-химическая оценка антропогенных воздействий на почвенный покров Рязанской области. Рязань, 2005, 148с.

91. Морачевская Е.В. Экологические функции агрохимических фонов при выращивании кукурузы на почве, загрязненной Cd: Дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2003. - 148 с.

92. Наплекова H.H. Влияние солей некоторых тяжелых металлов на физиологическую активность целлюлозоразрушающих микроорганизмов // Известия СО АН СССР. биол. наук. 1982. №10/2. -с. 79-85.

93. Наплекова H.H., Булавко Т.И. Ферментативная активность почвы, загрязненной соединениями свинца // Почвоведение. 1983. №7.

94. Нестерова А.Н. Действие тяжелых металлов на корни растений: поступление Pb, Cd и Zn в корни, локализация металлов и механизмы устойчивости растений // Биологическая наука. 1989, №10. С. 72-86.

95. Носовская И.И. Влияние длительного применения удобрений на содержание и хозяйственный баланс микроэлементов и тяжелых металлов в системе почва удобрения - растения: Дис. . канд. биол. наук. - М.: Изд-во МГУ, 2001, 154 с.

96. Обухов А.И., Бабьева И.П., Гриль A.B., Зырин Н.Г. и др. Научные основы разработки предельно допустимых концентраций тяжелых металлов в почвах // Тяжелые металлы в окружающей среде. — М.: Изд-во МГУ, 1981.-с. 20-28.

97. Обухов А.И., Плеханова И.О. Детоксикация дерново-подзолистых почв, загрязненных тяжелыми металлами: теоретические и практические аспекты //Агрохимия. 1995. - №2. - с. 108-116.

98. Обухов А.И., Попова A.A. Сезонная динамика и пространственная вариабельность соединений тяжелых металлов в почвах // Почвоведение. 1992. №9.

99. Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение: Автореф. дис. . докт. с/х наук. М.: 2000. 34 с.

100. Орлов Д.С. Микроэлементы в почвах и живых организмах. «Соросовский образовательный журнал», №1, 1998.

101. Орлов Д.С. Химия и охрана почв // Соросовский образовательный журнал, 1996, № 3.

102. Орлов Д.С., Садовникова JI.K., Лозановская И.Н. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, -2002. - 334с.

103. Оценка общего содержания Pb, Cd и Zn в загрязненной почве по количественным извлечениям экстрагента ДТПА . РФ 1991, 12.57.194

104. Пинский Д.Л. Закономерности и механизм катионного обмена в почвах: Автореферат дис. доктора биол. наук. М., 1992. - 34 с.

105. Пинский Д.JI. Нормирование загрязняющих веществ в почвах с учетом массообмена между эффективными фазами почв // Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах. Пущино, ОНТИ НЦБИ, 1990, С. 74-81.

106. Покровская С.Ф. Регулирование поведения свинца и кадмия в системе почва-растение // НИИТЭИагропром. Обзорная информация. — М,- 1995.-52с.

107. Попова A.A. Влияние минеральных и органических удобрений на состояние тяжелых металлов в почвах // Агрохимия. 1991. №3. С.62-63.

108. Попова A.A. Сезонная динамика и баланс ТМ в дерново-подзолистой почве: Автореф. дис. канд. биол. наук, МПУ, 1992.

109. Поповичева JI.JI. Влияние мелиорантов на состояние свинца в загрязнённых дерново-подзолистых почвах и его поглощение растениями: Дис. . канд. биол. наук. -М.: Изд-во МГУ, 1988, 150 с.

110. Почва, город, экология . / Под ред. акад. РАН Г.В. Добровольского. М.: Фонд «За экономическую грамотность», 1997. -238 с.

111. Практикум по агрохимии / под ред. Акад.Минеева В.Г. Москва, Изд-во МГУ, - 1999.

112. Протасова H.A. Микроэлементы: биологическая роль, распределение в почвах, влияние на распространение заболеваний человека и животных. // Соросовский образовательный журнал. №12, 1998.

113. Садовникова J1.K. Проблемы использования и рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Химия в сельском хозяйстве. 1995. №1. С.37-38.

114. Садовникова J1.K., Орлов Д.С. Химическое загрязнение и охрана почв // Деградация и охрана почв. Москва, 2002.

115. Салама Ф. Влияние органических удобрений на подвижность тяжёлых металлов в почвах и поступление их в растения: Автореф. дис. канд. биол. наук. М.: 1993.

116. Скворцова И.Н., Ли С.К, Ворожейкина И.П. Зависимость нескольких показателей биологической активности почв от уровня концентрации тяжелых металлов // Тяжелые металлы в окружающей среде. М., 1980. - с. 121-125.

117. Снакин В.В. Свинец в биосфере // Вестник РАН. — 1998. — Т. 68, № 3. — С. 214—224.

118. Сокаев К.Е. и др. Транслокация тяжелых металлов в системе почва растение // Агрохимический вестник. 2004. №2. с.16-18.

119. Соловьева Ю.Б. Влияние разных систем удобрений на состояние растений при загрязнении тяжелыми металлами: Автореф. дис. . канд. биол. наук. -М.: Изд-во МГУ, 2002. 23 с.

120. Стрнад В., Золотарёва Б.И., Лисовский А.Е. Влияние внесения водорастворимых солей свинца, кадмия и меди на их поступление в растения и урожайность некоторых сельскохозяйственных культур //Агрохимия, 1991. №4. С.76-83*.

121. Тарабрин В.П. Механизмы устойчивости растений к загрязнению среды тяжелыми металлами // Микроэлементы в обмене веществ и продуктивности растений.-Киев.: Наукова Думка. 1984. с.34-36.

122. Травникова JI.C. Каханович З.Н. и др. Значение анализа органо-минеральных фракций для оценки загрязнения дерново-подзолистой почвы тяжелыми металлами // Почвоведение. 2000. №1. с. 42-49.

123. Умаров М.М., Азлева Е.Е. Некоторые биохимические показатели загрязнения почв тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. -М.Д980.-С. 109-115.

124. Ушаков Р.Н. Агрохимический фактор устойчивости серой лесной почвы и сельскохозяйственных растений к неблагоприятным воздействиям среды в южной части нечерноземной зоны России: Автореф. дис. . докт. с/х наук. Саранск, 2007, 21 с.

125. Файза Салама. Влияние органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в почвах и поступление их в растения: Автореф. дис. канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 1993. - 22с.

126. Фатеев А.И., Мирошниченко H.H., Самохвалова B.JI. Миграция, транслокация и фитотоксичность тяжелых металлов при полиэлементном загрязнении почвы // Агрохимия. 2001. №3.

127. Феник С.И., Трофиняк, Блюм. Механизмы формирования устойчивости растений к ТМ // Успехи современной биологии. Т. 115, вып. 3, М.: Наука, 1995. - с. 261-275.

128. Хуа JIo. Буферность почв по отношению к тяжелым металлам // Известия Тимирязевской с/х академии, 1991. №1.

129. Цаплина М.А. Трансформация и миграция соединений свинца, кадмия и цинка в дерново-подзолистой почве // Автореф. дис. канд. биол. наук. М.: 1991. - 30 с.

130. Цаплина М.А. Трансформация и транспорт оксидов свинца, кадмия и цинка в дерново-подзолистой почве // Почвоведение. 1994. №1. с.45-50.

131. Цыганок С.И. Эколого-агрохимическое состояние агроландшафтов и реабилитация загрязненных тяжелыми металлами экосистем в среднем Поволжье: Автореф. дис. .докт. биол. наук. М., 2006.-38 с.

132. Черных H.A. Закономерности поведения тяжелых металлов в системе почва-растение при различной антропогенной нагрузке Дерново-подзолистые почвы.: Автореф. дис. докт. биол. наук. М. 1995.-39 с.

133. Черных H.A. Приемы снижения фитотоксичности тяжелых металлов //Агрохимия. 1995. №9. С. 101-107.

134. Черных H.A., Милащенко В. А., Ладонин Д.В. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжелыми металлами. -Москва, 2003.- 102с.

135. Черных H.A., Черных H.H. О качестве растениеводческой продукции при разных уровнях загрязнения почв тяжелыми металлами // Агрохимия. 1995. №5. С.97-102.

136. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005.

137. Шильников H.A. и др. Факторы, влияющие на поступление тяжелых металлов в растения // Агрохимия.1994. №10. С.94-101.

138. Шильников И.А. Эффективность известкования и минеральных удобрений на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве // Агрохимия. 2002. №6. С.44-51.

139. Эль-Амин Бабикер. Фоновое содержание и фракционный состав соединений кадмия и меди в дерново-подзолистых и серых лесных почвах: Автореф. дис. . канд. биол. наук. М.: Изд-во МГУ, 2001, - 22с.

140. Ягодин Б.А. и др. Кадмий в системе почва удобрения -растения -животные организмы и человек // Агрохимия. 1989. №5. -С.118-127.

141. Ягодин Б.А. Тяжелые металлы в системе почва-растение //Химия в сельском хозяйстве. 1996. №5. С.43-45.

142. Aoyama M. Effects of heavy metal accumulation in apple orchard soils on the mineralization of humified plant residues //Soil Science and Plant Nutrition, 1998, №44, p. 209-215.

143. Asami T., Kubota M., Orikasa K. Forms of cadmium, zinc, lead and copper in soils // Transaet. Int Congress Soil Sci. Kyoto. 1990.

144. Awad F., Romheld V. Mobilization of heavy metals from contaminated calcareous soils by plant born, microbial and synthetic chelators and their uptake by wheat plants // Journal of Plant Nutrition. 2000. -N23(11/12).-p. 1847-1855.

145. Cajuste L.J, etc. Extraction of heavy metals from contaminated soils // J. Environ. Sci. and Health. 2000. №7.

146. Calace Nicoletta, etc. Heavy metal uptake by barley growing in polluted soils: Relationship with heavy metal speciation in soils // Communic in soil sci. and plant analysis. 2002. №1-2. t. 33.

147. Dudka S., Piotrovska M., Terelak H. Transfer of cadmium, lead, and zinc from industrially contaminated soil to crop plants: a field study // Environmental Pollution. 1996. - Vol.94. - N2. - p.181-188.

148. Dumat C., Quenea K., etc. Study of trace metal ion influence on the turnover of soil organic matter in cultivated contaminated soils // Environmental Pollution. 2005. №2, p. 1-9.

149. Forstner U. Interaction at" the soil colloid soil solution interface. // NATO ASI series. - Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, the Netherlands. - 1991.- p.5 82.

150. Gaszczyk R. Wplyw rodzajn glebu na akumulacje metal // Ann. UMCS E. 1988.

151. Hargitai L. The mobility of toxic heavy metals as effected by the environment protectional capacity of soils // Frankfurt International Congress Soil Science. 1990, Vol.2.

152. Helios Rybicka, Wilson M. Chemical and mineralogical forms and mobilization of copper and lead in polluted soils of Poland // Science and Health. 1994. №3.

153. Kang Yumei, Miura Toshihiko, Kosalci Takeshi. Influence of pH change on Cd leachability and chemical forms of contaminated soil // Pedologist. 1998. t. 42. №1. p. 1144-1157.

154. Krishnamurthy S. Extraction and recovery of lead species from soils // Environ. Progr. 1992. №4.

155. Ledin M., Krantz-Rulcler C., Allard B. Microorganisms as metal sorbents: comparison with other soil constituents in multi-compartment systems // Soil Biology & Biochemistry №31, 1999, p. 1639-1648.

156. Lo W., Chua H., Lam K.-H., Bi S.-P. A comparative investigation on the biosorbtion of lead by filamentous fungal biomass // Chemosphere. -1999. V.39. -N15. - p.2723-2736.

157. Manaucheur N., Bormond A. Study of trace metal partitioning between soil-EDTA and Chelex-100 resin // Analytical Chemical Acton N2, 2005, p.325-341.

158. McBridge M.B. Reactions controlling heavy metal solubility in soils. // Adv. Soil Sci. 1989. - N10. - p.1-57.

159. Milton M., Wanderley MJ. Lead distribution in organic matter of loamy oxisol treated with manure // Communic in soil sci. and plant analysis. 2001. №19-20.

160. Mocek A. Frakcje otowin u deluwianych glebach strefy ochrony sanitarynej huty miedri u Leguica // Rocz. AR poznaniu Rol. 1991. №38.

161. Nolan Annette L., etc. Metal bioaccumulation and toxicity in soil — why bother with speciation? // Austral. J. Chem. 2003. №2-3.

162. Rachwal Leslaw, Sienkewicz A., Komisarek J. Fractions of Cu, Pb, Zn and their distribution on a soil structure in a security zone of copper combine // Pr. Komis nauk. rol. 1990.

163. Ravi Kumar M.N. The .toxicity of cadmium to barley plants as affected by complex formation with numic acid // Plants and Soil. 1988. № 105. p. 195-204.

164. Reed R.L., Sanderson M.A., Allen V.G., Zartman R.L. Cadmium application and pH effects on growth and cadmium accumulation in switch grass // Communic in soil sci. and plant analysis. 2002. №7-8.

165. Vaca-Paulin R., Esteller-Alberich M.V., etc. Effects of sewage slude or compost on the sorbtion and distribution of copper and cadmium in soil // Waste Management. 26 (2006), p. 71-81.

166. Wonter G. Amendment induced immobilization of lead in a lead-spiked soil // Water, Air and Soil Pollution. 2002. №1-4.o

167. Yanai J., Yabutani M.,. Yumei R, Biao H. Heavy Metal Pollution of Agricultural Soils and Sediments in Liaoning Province, Academia of Soil Science, China, 1998, P.783-933

168. Ynan G., Lavkukich L.M. Sorbtion behavior of copper, zink and cadmium in response to simulated changes in soil propeties // Communic in soil sei. and plant analysis. 1997. p. 178-201.

Информация о работе

Госсе, Дмитрий Дмитриевич
кандидата биологических наук
Москва, 2008
ВАК 06.01.04

Диссертация

Влияние удобрений на динамику содержания тяжелых металлов в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах - тема диссертации по сельскому хозяйству, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы