Ильин тяжелые металлы в системе почва растение

Copyright &#169 1999 — 2023, Ведущий и K&#176. Все права защищены.
Вопросы, предложения пишите в книгу

Источник

научная статья по теме ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВА–РАСТЕНИЕ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВА–РАСТЕНИЕ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2007, № 9, с. 1112-1119

ДЕГРАДАЦИЯ, ВОССТАНОВЛЕНИЕ И ОХРАНА ПОЧВ

ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЕ

Институт почвоведения и агрохимии СО РАН, 630099, Новосибирск, ул. Советская, 18

E-mail: viktor@issa.nsc.ru Поступила в редакцию 29.05.2006 г.

По валовому количеству тяжелых металлов в загрязненной почве затруднительно судить об экологической ситуации в агроценозах. Согласно результатам модельных опытов с искусственным загрязнением почвы, массопоток цинка и свинца из начальной точки (чернозем выщелоченный сред-несуглинистый) в конечную (зерно пшеницы) резко уменьшается. Даже на сильнозагрязненной почве благодаря ее буферным свойствам, а также защитным способностям сельскохозяйственных культур возможно получение экологически чистого урожая, что указывает на выполнение системой почва + сельскохозяйственная культура оределенной экологической функции. Экологический потенциал системы почва + сельскохозяйственная культура в основном формируется за счет бу-ферности почвы по отношению к тяжелым металлам, барьерная роль растений менее существенна. Высказано мнение, что современные экологические нормативы, опирающиеся на валовое содержание тяжелых металлов в почве, малопригодны для прогноза качества растительной продукции.

В исследованиях антропогенного загрязнения природных сред важное значение приобретают работы по изучению возможностей почвы в инактивации тяжелых металлов (ТМ) — одного из особо опасных для живых организмов класса поллю-тантов. Перевод легкорастворимых соединений ТМ в труднорастворимую форму (одна из ведущих экофункций почвы!) наблюдался в модельных опытах многих исследователей. Благодаря этому процессу поток ТМ из почвы в растения уменьшался.

В промышленных городах и их пригородах на техногенно-загрязненных почвах в личных подворьях, садоводческих товариществах, акционерных обществах выращиваются различные сельскохозяйственные культуры. Охрана экологической чистоты получаемой здесь растительной продукции стала актуальной задачей. Оценку складывающейся на таких территориях экологической обстановки обычно проводят с привлечением гигиенических нормативов (ПДК, ОДК), в которых принимается во внимание только валовое содержание ТМ в почве. Несмотря на то, что в последней разработке гигиенического норматива (ОДК-95) сделаны поправки на содержание в почве глинистых частиц и реакцию среды (в значительной мере определяющих буферную способность почвы по отношению к ТМ), она остается несовершенной. В разработке недостаточно полно оценена буферность почвы по отношению к ТМ и совсем игнорируется барьерная роль растений, тогда как на ее значение в сохранении экологической чистоты растительной продукции указывали многие [2, 9]. Поэтому выводы, сде-

ланные с привлечением таких нормативов, могут противоречить действительности.

При экологических исследованиях на техно-генно-загрязняемых территориях почву в агроценозах целесообразно рассматривать вкупе с выращиваемыми на ней растениями; и вести речь об экологическом потенциале системы почва + сельскохозяйственная культура. Объединение буферных свойств почвы и защитных возможностей растений формирует в агроценозе иной, чем это видится при использовании современных гигиенических нормативов, сценарий массопотока металлов-загрязнителей из почвы в получаемую на ней растительную продукцию.

В связи с изложенным выше представляло научный и практический интерес проследить за поступлением ТМ из почвы в растение и особенностью их транслокации в растительном организме. Задачи данной работы: 1) выявить особенности распределения ТМ в главных звеньях (объектах) системы почва-растение, 2) количественно описать массопоток металлов-загрязнителей из почвы в растения, 3) на основе полученных фактов показать возможности использования гигиенических нормативов, опирающихся на валовое количество ТМ в почве, для оценки экологической обстановки в агроценозах.

В статье рассматриваются результаты изучения почвенных и растительных проб, собранных во время экспедиций на незагрязненных и техно-генно загрязненных территориях, и при проведении модельных вегетационных опытов. Исследования выполнены в разные годы в Институте почвоведения и агрохимии СО РАН под руководством и при участии автора.

Объекты исследований: 1) почвы Приобья — а) черноземы оподзоленные и выщелоченные, среднесуглинистые — (фоновый вариант); б) огородные почвы, или, по [6], урбоагрочернозе-мы — (техногенно-загрязненный вариант); 2) сельскохозяйственные культуры Приобья, попадающие в зону техногенного давления — пшеница, бобы, картофель, капуста, томат, свекла, морковь, лук; 3) тяжелые металлы, входящие в группу приоритетных загрязнителей, но обладающие неодинаковой биофильностью, — цинк и свинец.

Методика исследований. Общая часть: 1) полевые маршруты для выбора фоновой территории и взятия почвенных проб, 2) обследование городских территорий, выбор приусадебных участков и взятие проб почвы и произрастающих не ней огородных культур, 3) модельные вегетационные опыты с внесением в фоновую почву разных доз ТМ и выращиванием на ней сельскохозяйственных культур.

Отбор проб: 1) для общей характеристики почв (фоновый вариант) пробы были отобраны из генетических горизонтов в разрезах, расположенных на удалении 100 км и более от крупных промышленных центров, здесь же для закладки вегетационных опытов брали почву из гор. А; 2) пробы «огородных почв» взяты методом «конверта» из пахотного слоя на приусадебных участках в пределах городской черты; 3) отбор проб основной продукции сельскохозяйственных культур на приусадебных участках проводили в конце августа — начале сентября (время полного или частичного созревания), 4) в вегетационных опытах — в фазу полного созревания.

Подготовка проб к анализу: 1) воздушно-сухую пробу почвы измельчали в агатовой ступке и просеивали через сито с отверстиями 0.25 мм; 2) пробы сельскохозяйственных культур обмывали в воде (кроме пшеницы и бобов), удаляли кожуру у клубней, корнеплодов и луковиц. Из свежих проб отбиралась часть материала для определения содержания воды, поскольку отечественные гигиенические ДОК даны в расчете на сырую массу. Оставшуюся часть пробы готовили для определения в ней количества ТМ: измельчали и высушивали в термостате с принудительной вентиляцией при температуре 60-70°С.

Анализ почвы. Содержание гумуса определено по методу Тюрина, физической глины -по методу Качинского, количество СаСО3 — по методу Голубева, емкость поглощения — по методу Бобко и Аскинази, рН водный — потенциомет-рически.

Валовое содержание ТМ определяли атомно-эмиссионным методом с применением дугового аргонового двухструйного плазмотрона. Регистрация спектров осуществлялась в диапазоне 250-400 нм одновременно двумя скрещенными

спектрографами — ДФС-8 и СТ-1. Образцами сравнения для почвообразующей породы служили искусственные смеси, приготовленные на минеральной основе, имитирующей минералогический состав породы с заданным содержанием ТМ; для почвы — государственные стандартные образцы.

Подвижная форма ТМ извлекалась ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4.8, обменная форма — 0.1 М раствором Са(К03)2. Определение концентрации извлеченных форм выполнено на атомно-абсорбционных спектрофотометрах: АА8 -1 М (в пламени воздух-ацетилен) и Регкт-Б1шег, модели 360 и 503 (графитовые кюветы).

Анализ растений. В растительном материале после его мокрого озоления смесью концентрированных минеральных кислот содержание ТМ определяли атомно-абсорбционным методом.

Подробнее об объектах и методике исследований в [4, 5, 8, 17, 18].

Тяжелые металлы в фоновых черноземах. Для того, чтобы определить уровень накопления ТМ в загрязненной почве и оценить в соответствии с современными гигиеническими нормативами экологическую суть происшедшего, необходимо иметь представление о валовом количестве этих химических элементов в фоновой почве (незагрязненном аналоге). Хорошо известно, что почва обычно наследует содержание химических элементов, характерное для материнской породы, которое, в свою очередь, отражает литохимические особенности исходных горных пород и результаты гипергенных процессов.

Согласно результатам исследований Зырина с соавт. [7], запасы рассматриваемых химических элементов в черноземных почвах рассредоточены следующим образом: около 10% цинка и 10-20% свинца остаются в сохранившихся первичных минералах, большая же часть запаса концентрируется в продуктах выветривания и почвообразования (глинистые минералы, органическое вещество, коагели полуторных оксидов и кремневой кислоты). В гор. А приобских черноземов значительная часть валовых запасов цинка и свинца содержится в минеральном компоненте. Ведущий носитель обоих металлов в нем — ил [11]. Следует отметить, что илистые частицы из гор. А по сравнению с илом из материнской породы сильно обогащены цинком и слабо различаются по насыщенности свинцом (рис. 1). В данном случае наблюдается четко выраженный результат биогенной аккумуляции цинка (микроэлемента, очень нужного для нормального протекания многих физиологических процессов в растительном организме, и к тому же одного из наиболее дефицитных в почвах). У свинца же, потребности в ко-

Рис. 1. Содержание цинка (А) и свинца (Б) в гор. А и С чернозема выщелоченного среднесуглинистого. Обозначения: 1 — почва (порода), 2 — ил.

тором у растений, если и существуют, то минимальные, эффект биогенного накопления отсутствует.

Ниже дана краткая характеристика изученных почв: приведены наиболее часто встречающиеся значения их свойств. Черноземы Приобья содержат 5-7% гумуса, показывают слабокислую реакцию среды (рН водный: 6.3-6.5 — у оподзоленных, 6.6-6.8 — у выщелоченных). Их емкость поглощения равна 35-45 мг-экв/100 г почвы. По гранулометрическому составу черноземы относятся к средне- и тяжелосуглинистым (количество ила -15-25, физической глины — 35-50%). Гор. А пах имеет объемный вес около 1г/см3 [1]. Наиболее часто встречаемое в черноземах валовое количес

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Источник