Экологическая оценка содержания свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроэкосистемах юго-западной части Центрально-Черноземного района России тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Селюкова Светлана Викторовна

• Селюкова Светлана Викторовна
• кандидат наук
• 2019

Оглавление диссертации кандидат наук Селюкова Светлана Викторовна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 Тяжелые металлы в агроэкосистемах: физиологическая роль, содержание, источники поступления, нормирование

1.1. Физиологическая роль тяжелых металлов

1.2. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях

1.2.1. Содержание тяжелых металлов в почвах

1.2.2. Содержание тяжелых металлов в растениях

1.3. Источники поступления тяжелых металлов в агроэкосистемы

1.4. Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах и растениях

1.4.1. Нормирование содержания тяжелых металлов в почве

1.4.2. Нормирование содержания тяжелых металлов в растениях

ГЛАВА 2 Условия и методы проведения исследования

2.1. Агроклиматическая характеристика Белгородской области

2.2. Почвенный покров Белгородской области

2.3. Материалы и методы исследования

ГЛАВА 3 Агроэкологическая оценка содержания тяжелых металлов в почвах

3.1. Свинец в почвах

3.2. Кадмий в почвах

3.3. Ртуть в почвах

3.4. Мышьяк в почвах

ГЛАВА 4 Агроэкологическая оценка содержания тяжелых металлов в растительной продукции

4.1. Свинец в растительной продукции

4.2. Кадмий в растительной продукции

4.3. Ртуть в растительной продукции

4.4. Мышьяк в растительной продукции

ГЛАВА 5 Биологический круговорот тяжелых металлов в агроэкосисте-

мах Белгородской области

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Экологическая оценка содержания свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроэкосистемах юго-западной части Центрально-Черноземного района России»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Современная экологическая ситуация как в глобальном, так и в региональных масштабах обостряется, поэтому человечество вынуждено искать эффективные меры устойчивого развития биосферы. Одним из наиболее сильных факторов нарушения устойчивого функционирования агроэкосистем является поступление в них тяжелых металлов (ТМ) (Щербаков, Васенёв, 1996; Соколов, Черников, 1999; Черных и др., 1999; Kabata-Pendias, 2011; Лукин, 2016). С прикладной точки зрения наиболее важными представителями группы тяжелых металлов считаются высокоопасные элементы: свинец, кадмий, ртуть и мышьяк, содержание которых нормируется как в почве, так и в пищевой продукции.

Содержание тяжелых металлов в почве - важнейший показатель, характеризующий санитарно-гигиеническую обстановку, так как накопление в почвах их избыточных концентраций представляет прямую угрозу экологической безопасности получаемой сельскохозяйственной продукции (Лукин, 2007). Растения, поглощая из почвы тяжелые металлы, аккумулируют их в тканях, являясь, таким образом, промежуточным звеном в цепи: «почва - растение -животное - человек». Поэтому контроль за накоплением тяжелых металлов в агроэкосистемах является важным элементом программы государственного агроэкологического мониторинга, результаты которого используются для разработки экологически безопасных систем удобрения сельскохозяйственных культур.

Степень разработанности темы. Проблема содержания тяжелых металлов в почвах и растениеводческой продукции рассмотрена в многочисленных работах отечественных и зарубежных авторов (Зырин, Обухов, 1983; Алексеев, 1987; Минеев, 1990; Ильин, 1991; Щербаков, Васенёв, 1996; Добровольский, 1997; Соколов, Черников, 1999; Черных и др., 1999; Kabata-Pendias, 2011; Лукин, 2016). Однако сведений о распределении тяжелых металлов по

генетическим горизонтам черноземов типичных лесостепной зоны и черноземов обыкновенных степной зоны юго-западной части ЦЧР, а также достоверных содержаний свинца, кадмия, ртути и мышьяка в основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур и закономерностях их транслокации в системе почва-растения, приведенных в данной диссертационной работе, в научной литературе недостаточно.

Цель и задачи исследования. Цель исследований заключалась в проведении экологической оценки содержания тяжелых металлов ^^ Cd, As) в агроэкосистемах юго-западной части ЦЧР России (на примере Белгородской области). Для достижения цели нашего исследования были решены следующие задачи:

1. Изучены закономерности распределения тяжелых металлов в черноземах типичных лесостепной зоны и черноземах обыкновенных степной зоны ЦЧР.

2. Проведена экологическая оценка валового содержания свинца, кадмия, ртути, мышьяка и подвижных форм свинца и кадмия в изучаемых почвах.

3. Установлены размеры накопления ТМ в сельскохозяйственных культурах (кукуруза, подсолнечник, соя, люцерна, эспарцет, клевер) и растительном покрове естественных экосистем.

4. Установлены коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов сельскохозяйственными культурами и степным разнотравьем.

5. Оценено содержание свинца, кадмия, ртути и мышьяка в органических и минеральных удобрениях, мелиорантах.

6. Изучены закономерности биологического круговорота ТМ в агроэко-системах.

Объект исследования - агроэкосистемы и естественные экосистемы юго-западной части ЦЧР.

Предмет исследования - оценка источников поступления и закономерностей распределения тяжелых металлов в агроэкосистемах.

Научная новизна. Получены новые знания, характеризующие закономерности распределения тяжелых металлов в черноземах типичных лесостепной зоны и черноземах обыкновенных степной зоны. Изучены источники поступления и рассчитан хозяйственный баланс свинца (-21,13 г/га), кадмия (-0,29 г/га), ртути (-0,03 г/га), мышьяка (-5,68 г/га) для агроэкосистем Белгородской области. Уточнены уровни содержания тяжелых металлов в растениях агроэкосистем и естественных экосистем (РЬ - 0,22-2,00, Cd - 0,0140,086, ^ - 0,0028-0,0126, As - 0,019-0,027 мг/кг). Рассчитаны коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов сельскохозяйственными и степным разнотравьем (РЬ - 0,2-2,7, Cd - 0,5-10,8, ^ - 1,7-10,4, As - 0,070,34).

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные результаты исследования позволяют пополнить знания о содержании тяжелых металлов в черноземах, сформированных в разных почвенных зонах, растениеводческой продукции и их взаимосвязи, а также о влиянии человека на агро-ценозы, что, безусловно, важно для научной деятельности в области экологии.

Исследования проводились в рамках реализации государственного агро-экологического мониторинга почв, проводимого агрохимической службой России. Результаты исследования могут использоваться в учебном процессе для студентов учреждений высшего и среднего профессионального образования, находящихся на территории Центрально-Черноземного района. Результаты могут быть использованы для обоснования экологически безопасных норм внесения органических удобрений.

Методология и методы диссертационного исследования. В рамках диссертационной работы были проведены: лабораторный химический анализ образцов почв, основной и побочной продукции сельскохозяйственных культур, математическая и статистическая обработка полученных результатов испытаний. В ходе выполнения диссертационного исследования применялись общенаучные теоретические и эмпирические методы, такие как наблюдение, сравнение, эксперимент, синтез, анализ, обобщение, индукция.

Защищаемые положения:

1. Степень биологического поглощения элементов растениями напрямую влияет на распределение тяжелых металлов по генетическим горизонтам почвенного профиля. Для элементов, обладающих наиболее высокой интенсивностью поглощения растениями, характерна большая биогенная аккумуляция в гумусовом горизонте.

2. Основными источниками поступления свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроэкосистемы являются применяемые органические удобрения и мелиоранты. Но в связи с высокой эродированностью почв Белгородской области, потери тяжелых металлов со смываемой почвой больше, чем приход с аг-рохимикатами. В результате для исследуемых элементов сложился отрицательный хозяйственный баланс.

Степень достоверности результатов исследования. Достоверность результатов подтверждается проведением химического анализа образцов почв и сельскохозяйственных культур по общепринятым действующим в РФ методикам в аккредитованной испытательной лаборатории, исследованием множественных почвенных разрезов и формированием репрезентативных статистических выборок. Для получения достоверных результатов испытаний проведена математическая и статистическая обработка данных: рассчитаны доверительные интервалы для средних значений и коэффициенты вариации.

Апробация результатов исследования. Промежуточные результаты исследований были приведены на Всероссийской и Международных научно-практических конференциях (Махачкала, 2018; Белгород, 2016, 2017; Тамбов, 2016; Смоленск, 2016).

Личный вклад автора. Автор принимал непосредственное участие в проведении лабораторных работ по химическому анализу проб почв, растений и удобрений. Автором проведены статистическая обработка полученных данных, анализ результатов исследования и литературных источников по теме исследования, а также подготовлены и опубликованы статьи.

ГЛАВА 1 ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ: ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ, СОДЕРЖАНИЕ, ИСТОЧНИКИ ПОСТУПЛЕНИЯ, НОРМИРОВАНИЕ

1.1. Физиологическая роль тяжелых металлов

Тяжелые металлы - металлы с атомной массой 50 и более (Орлов, 1985). По мнению Ю.В. Алексеева (1987), «тяжелыми» являются металлы, у которых атомный вес превышает 40. Полный список химических элементов, относящихся к тяжелым металлам, в научной литературе обычно не приводят. В работе Д.С. Орлова, Л.К. Садовниковой и И.Н. Лозановской (2002) речь идет о 19 тяжелых элементах, среди которых рассматривается полуметалл - сурьма. В учебнике, изданном несколько позже, Д.С. Орлов с соавторами (Орлов и др., 2005) приводят перечень всего из 11 основных тяжелых металлов, в том числе свинец, кадмий и ртуть. В данных списках отсутствует тяжелый металлоид -мышьяк, который целесообразно добавить к группе тяжелых металлов, как особо токсичный элемент. В связи с высокой опасностью, металлоиды достаточно часто включают в списки тяжелых элементов. Таким образом, группа тяжелых металлов и полуметаллов насчитывает 57 элементов.

Элементы, находящиеся в тканях растений в крайне малом количестве (в сухом веществе - менее 0,0001 %), в научной литературе называют по-разному: ультрамикроэлементами или просто микроэлементами. Но наиболее часто к таким элементам применяют понятия «тяжелые металлы» или «токсичные металлы», выделяя таким образом их опасность (Шеуджен и др., 2005). Однако В.В. Ковальский, Ю.И. Раецкая и Т.И. Грачева (1971) считают, что термин «токсичный металл» следует исключить, а взамен они предлагают приводить дозу и форму соединения, при которых элемент проявляет свою токсичность. Справедливость данного мнения обусловлена тем, что почти все химические элементы в больших концентрациях могут стать крайне опасными, а потенциально опасные вещества, содержащиеся в почве, растениях,

организме животных и человека в маленьких количествах, не оказывают на них негативного влияния (Алексеев, 1987; Ильин, 1991; Лукин, 2012).

По мнению Н.А. Улахович и др. (2008), концентрации ультрамикроэлементов в растениях столь незначительны, что их увеличение даже в десятки раз может не иметь губительных последствий, в то время как увеличение в несколько раз концентраций макроэлементов, входящих в состав растений в большом количестве, влечет перестройку организма, а иногда и полное нарушение его функций.

Традиционно считается, что свинец, кадмий, ртуть и мышьяк - это токсичные элементы, которые не выполняют никаких биологически важных функций, хотя и постоянно находятся в тканях растений, животных и человека (Минеев, 1990). Однако, по мнению А.П. Виноградова (1952), отсутствие доказательств о физиологической значимости элементов, постоянно обнаруживаемых в живых организмах, указывает лишь на химические трудности их получения. При этом, в некоторых литературных источниках (Хализев, 1934; Школьник, 1974; Микроэлементозы человека..., 1991; Kabata-Pendias, 2011; Reilly A., Reilly С, 1973) приводятся сведения о положительном действии небольших количеств тяжелых металлов на растения и организм животных и человека.

Свинец не относится к физиологически необходимым элементам и растения не страдают от его недостатка. Тем не менее появляются сведения о стимуляции низких концентраций солей свинца, в частности Pb(NO3)2, на рост растений. В некоторых научных работах подробно описано негативное воздействие данного элемента на ряд процессов, таких как митоз, фотосинтез и поглощение воды. При этом признаки свинцовой интоксикации у растений не очень специфичны (Лукин, 2016; Kabata-Pendias, 2011). Высокие концентрации данного элемента вызывают задержку проращивания семян и роста растений, в том числе корней из-за уменьшения количества в образовательной ткани делящихся клеток, а также хлороз и увядание растений. Свинец также оказывает подавляющее влияние на активность некоторых ферментов, таких

как каталаза, рибонуклеаза, фосфатаза, оксидаза (Нестерова, 1989). Ионы данного металла, способные замещать ионы калия, кальция, меди, цинка и железа, часто вступают в реакции с сульфат- и фосфат-ионами и образует труднорастворимые соли в корневой системе и, в результате, вызывает у растений дефицит вышеперечисленных элементов (Черных, 1991).

В основном поступление свинца в организм человека и животных происходит через пищеварительный тракт путем потребления загрязненной воды и пищи, причем у детей и молодых животных всасывание этого элемента происходит в 3 раза интенсивнее, чем отчасти объясняется их большая чувствительность к токсическому действию свинца. В производственных условиях данный элемент может проникать в организм человека в виде паров и пыли. В норме наиболее высокие концентрации свинца наблюдаются в костной ткани, почках и печени. При отравлении свинцом чаще всего повреждаются органы кроветворения, нервная система и почки, вызывая ряд заболеваний: анемию, энцефалопатию, нейропатию и нефропатию (Микроэлементозы человека..., 1991). Кроме того, свинец способен нарушать генетический аппарат клетки и оказывать эмбриотоксическое действие (Лукин, 2016).

Кадмий не оказывает на растения биологического положительного действия, хотя и отмечается связь с белковыми фракциями растений (Иванов, 1996 б). Имеются сведения, что кадмий специфически способствует синтезу аминокислот (метионина и цистеина) в сое (Reilly A., Reilly C., 1973). Кадмий относится к токсичным элементам, и, в первую очередь, его токсичность проявляется в нарушении у растений ферментативной активности. В растениях, обработанных кадмием, отмечается подавление синтеза хлорофилла и антоци-анина (Cumakov, Neuberg, 1970; Photosynthetic activities., 1980). Установлено также, что хлорофилл обладает способностью концентрировать кадмий в растительных тканях (Ylaranta et al., 1979), поэтому есть предложения использовать данный пигмент в качестве индикатора для определения критического уровня содержания кадмия в растениях.

К видимым симптомам отравления растений кадмием относят повреждение корневой системы, отставание в росте и развитии, появление красно-бурой окраски листьев и их хлороза. Свою фитотоксичность кадмий проявляет в изменении проницаемости цитоплазматических мембран, кроме того данный элемент препятствует нормальному обмену веществ, вызывает нарушение процессов фиксации СО2 и транспирации и оказывает ингибирующее действие на фотосинтез (Лукин и др., 2004). Отмечается, что этот металл подавляет в микроорганизмах процессы, происходящие с участием ДНК, а также симбиоз микробов и растений. Известно, что кадмий существенно повышает риск развития заболеваний, связанных с грибковыми инвазиями (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

Кадмий обладает канцерогенными, тератогенными и мутагенными свойствами (Лукин, 2016). Основные пути поступления кадмия в организм человека - это пищеварительный тракт и органы дыхания. Табачный дым содержит довольно высокие концентрации кадмия, причем у курильщиков до 50 % поступившего в организм металла абсорбируется в легких. Ингаляционным путем в организм человека поступает всего около 0,26 мкг кадмия в сутки, что в 10-12 раз ниже количества, поступающего из продуктов питания (Smith, 1984). Для этого токсиканта характерно длительное удержание в организме, преимущественно в печени и почках, с необычно долгим периодом полувыведения, составляющим у человека в среднем 25 лет (Москалев, 1985). Тяжелой формой хронического отравления кадмием является болезнь итаи-итаи, характеризующаяся деформацией скелета с существенным снижением роста сильными болями в спине и ногах, появлением утиной походки, а также нарушениями функции почек, поджелудочной железы и др. (Микроэлементозы человека..., 1991).

Ртуть в растительном организме не исполняет никаких биологически значимых функций и считается абсолютным токсикантом. Фитотоксичность элемента в первую очередь проявляется в подавлении активности ферментов рибонуклеазы, каталазы, оксидазы и фосфатазы (Черных, Овчаренко, 2002;

Дабахов и др., 2005). По мнению G.N. Mhathre и S.B. Chaphekar (1984), вредное действие ртути должно рассматриваться как результат комплексного нарушения многих метаболических процессов, в частности образования хлорофилла, фотосинтеза, газового обмена и дыхания. Ключевой реакцией, объясняющей подавление метаболических процессов в организме растений, является, скорее всего, сродство данного элемента с сульфгидрильными группами (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Лукин, 2016).

Наиболее частыми симптомами отравления ртутью являются ингибиро-вание фотосинтеза, отставание в росте всходов и развитии корней, в результате заметно снижается урожайность. Накопление ртути в тканях корней подавляет проникновение калия (К+) в надземные органы растений, при этом наблюдалось, что в малых содержаниях ртуть может выступать катализатором процесса потребления К+ (Heenan, Campbell, 1980).

Основной путь проникновения неорганической ртути из окружающей среды в организм человека - ингаляционный (Лукин, 2016). Пары ртути в концентрации выше 0,1 мг/м3 часто вызывают острый бронхит, бронхиолит и пневмонию. Хроническое ртутное отравление проявляется в наличии астено-вегетативного синдрома с отчетливо выраженным тремором, психических нарушений, тахикардии, лабильного пульса, а также изменений в составе крови (Микроэлементозы человека., 1991). Тем не менее наиболее опасными являются органические соединения ртути. В организм они попадают с продуктами питания и водой (Лукин, 2016). При пероральном поступлении ртути наблюдается язвенно-некротический гастроэнтерит. Крайним выражением хронического отравления органическими соединениями ртути (метилртуть) является болезнь Минамата. Первые сведения о болезни появились в 50-х годах XX века в Японии. Заболевание проявлялось у рыбаков и членов их семей и было вызвано экологическими проблемами залива Минамата, куда сбрасывались содержащие высокие концентрации ртути отходы промышленных предприятий. Симптомами болезни являлись нарушение зрения, мозжечковая

атаксия и поражение центральной нервной системы (Микроэлементозы человека., 1991).

В независимости от источника поступления ртути и формы ее нахождения этот элемент накапливается преимущественно в почках (до 90 % общего ее содержания в организме). В условиях профессиональной вредности высокие концентрации ртути отмечается также в печени, головном мозге, щитовидной железе и гипофизе. Отмечается, что органические соединения ртути легко проходят плацентарный барьер и накапливаются в тканях плодах. Кроме того, метилртуть активно выделяется с молоком у лактирующих женщин, в результате новорожденный дополнительно получает ртуть с молоком матери (Мик-роэлементозы человека., 1991).

Физиологическая необходимость мышьяка для растений не доказана, при этом он всегда находится в растительных тканях и предполагается, что в малых количествах может быть полезен (Черных, Сидоренко, 2003). Есть мнение, что данный элемент может усиливать действие окислительных ферментов в растительных клетках, увеличивая анаболизм глюкозы, синтез гликолевой, щавелевой и лимонной кислот (Хализев, 1934; Школьник, 1974).

Визуальными признаками токсичности мышьяка у растений являются обесцвечивание корнеплодов, проявление фиолетовой окраски у листьев (в результате увеличения концентрации антоцианина), замедленное развитие корней, увядание листьев и отмирание их верхушек, подавление процессов транс-пирации и поступления воды в растения, угнетение роста растений, уменьшение урожайности сельскохозяйственных культур (Хализев, 1934; Школьник, 1974; Kabata-Pendias, 2011).

Токсическая доза мышьяка для организма человека - более 5 мг в день (Лукин, 2016). В производственных условиях этот элемент проникает в организм главным образом через органы дыхания и в меньшей степени - через неповрежденную кожу и пищеварительный тракт. Непрофессиональные интоксикации мышьяком связаны с употреблением загрязненной питьевой воды и

зараженных продуктов питания, в том числе мышьяксодержащими пестицидами. Распределение мышьяка в тканях человека неодинаково, наибольшие его количества обнаруживаются в печени, легких, а также ногтях и волосах, причем концентрация мышьяка в волосах мужчин почти вдвое выше, чем у женщин (Микроэлементозы человека., 1991).

Особой токсичностью обладают растворимые в воде и под действием желудочного сока соединения мышьяка (Лукин, 2016). Механизм токсического действия соединений трехвалентного мышьяка заключается в связывании им сульфгидрильных групп тканевых белков и ферментов, что приводит к их ингибированию. При хроническом отравлении соединениями мышьяка отмечаются слезотечение и светобоязнь, гепатит, помутнение стекловидного тела и роговицы, стоматит, ларингит, кожные изменения, атрофия и ломкость ногтей, неврологические симптомы (интеллектуальные и речевые расстройства, депрессии, невропатии и др.), нарушение слуха, вкуса и обоняния, поражения периферических сосудов, расстройства сердечной деятельности с патологическими изменениями на ЭКГ, болезнь «черных ног» и др. Кроме того, доказаны канцерогенные свойства неорганических соединений мышьяка для легких и кожи человека (Микроэлементозы человека., 1991).

Несмотря на то, что мышьяк считается одним из наиболее опасных элементов, он одновременно является условно-токсичным, то есть вредным в определенных количествах, и условно-необходимым для организма, так как в малых дозах стимулирует иммунитет и кроветворение (Лукин, 2016).

1.2. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях

1.2.1. Содержание тяжелых металлов в почвах

Исследования в области геохимии и почвоведения (Виноградов, 1962; Вернадский, 1983; Ковда, 1985; Добровольский, 1988, 1992, 1997; Ильин, 1991; Ковалевский, 1991; Иванов, 1996 а, 1996 б; Мотузова, 2009) показывают, что элементный состав почв обладает системной организацией и региональными изменениями в зависимости от химического состава разных видов горных пород и растений. Известно, что горные породы являются природным источником тяжелых металлов. В процессе почвообразования происходит миграция содержащихся в горной породе химических элементов, при этом особенности элементного состава материнских пород наблюдаются в связанных с ними почвах. Общие закономерности образования в почвах химических соединений различных элементов, их системная организация, а также защитные функции в экосистеме достаточно подробно описаны Г.В. Мотузовой (2009).

Свинец в природе находится в рассеянном состоянии и входит в состав более чем 200 минералов, 3 из которых образуют промышленные запасы: галенит (PbS), англерит (PbSO4) и церрусит ^^3). В земной коре концентрация элемента составляет 15 мг/кг (Kabata-Pendias, 2011). Кларк свинца в литосфере по А.П. Виноградову (1957) - 16 мг/кг (табл. 1.1).

Таблица 1.1

Фоновые содержания (кларки) свинца, кадмия, ртути и мышьяка

в почвах мира и земной коре, мг/кг

Кларк в земной коре Кларк в почве

Элемент по А.П. Виноградову (1962) по А. Kabata-Pendias (2011) по А.П. Виноградову (1957) по А. Kabata-Pendias (2011)

Свинец 16,0 15 10 27

Кадмий 0,13 0,10 0,5 0,41

Ртуть 0,08 0,07 0,05 0,07

Мышьяк 1,7 1,8 5 6,83

Содержание свинца в почве обусловлено, как правило, его количеством в материнской породе. Концентрации свинца в почвообразующих породах изменяются в зависимости от их гранулометрического состава. По данным В.В. Иванова (1996 а), в наиболее тяжелых глинистых породах содержание свинца максимально и составляет 20 мг/кг. В легких песчаных породах содержится 7, карбонатных - 9 мг/кг. Под воздействием ряда факторов почвообразования происходит перераспределение свинца по почвенному профилю (Лукин, 2016). Данный элемент преимущественно аккумулируется в почвах с высоким содержанием органического вещества и тяжелым гранулометрическим составом (Rubio et al., 2000; Guisti, 2011).

Степень опасности тяжелых металлов определяется тем, что элементы, проявляющие свою токсичность при непосредственном контакте с человеком, менее опасны в почвах. В особенности это касается свинца. Данный металл надежно закрепляется в почве стабильными гуматами и образует устойчивые фосфаты. Таким образом свинец в почве сильно инактивируется и теряет свою токсичность (Елькина, 2007). Однако существует и отрицательная сторона этого процесса - это уменьшение количества подвижных соединений фосфора (Детоксикация тяжелых металлов., 2007). Потенциальная опасность загрязнения почв данным металлом максимальна для почв, обладающих сильнокислой реакцией среды и периодически восстановительным режимом (Лукин, 2016).

В ходе длительных процессов эрозии и выщелачивания почв, а также потребления растениями, происходит постепенное удаление металлов из почвы. Доказано, что в супесчаных дерново-подзолистых почвах всего за 12 лет могут достоверно снизиться концентрации кадмия, меди, никели, но не свинца (Плеханова, 2007), что, в первую очередь, связано с его низкой подвижностью в почве. У свинца наблюдается наиболее высокий период полуудаления, составляющий 740-5900 лет, при том, что более опасный кадмий удаляется из почв в течение 13-110 лет (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

Кадмий в земной коре содержится, по разным оценкам (Виноградов, 1962; КаЬа1а-Репё1аБ, 2011), в количестве от 0,10 до 0,13 мг/кг. Основная масса кадмия находится преимущественно в виде примесей в цинковых, свинцовых, медных и полиметаллических рудах, являющихся основным источником промышленного получения кадмия. Известны самостоятельные минералы кадмия - гринокит (CdS), отавит (CdCOз), монтепонит (CdO) и селенид (CdSe), но своих залежей они не образуют.

Содержание кадмия в чистых почвах обусловлено его количеством в поверхностных горизонтах горных пород. Повышенное содержание элемента в верхнем слое почвы по сравнению с материнской породой связано с биогенным происхождением (Водяницкий, 2012). Среди почвообразующих пород низкими концентрациями кадмия отличаются пески и супеси, наиболее высокими - глины и лёссы. По данным В.В. Добровольского (1992), в песчаных породах данный металл содержится в количестве 0,05, карбонатных - 0,04, глинистых - 0,3 мг/кг.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Селюкова Светлана Викторовна, 2019 год

- 88 с.

97. Протасова, Н.А. Микроэлементы (Cr, V, Ni, Mn, Zn, Cu, Co, Ti, Zr, Ga, Be, Sr, Ba, B, I, Mo) в черноземах и серых лесных почвах Центрального Черноземья / Н.А. Протасова, А.П. Щербаков. - Воронеж: Воронеж. гос. ун-т, 2003. - 368 с.

98. Природные ресурсы и экологическое состояние Белгородской области: атлас. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2005. - 180 с.

99. Реуце, К. Борьба с загрязнением почвы / К. Реуце, С. Кырстя. - М.: Агропромиздат, 1986. - 221 с.

100. Решетников, С.И. Формы соединений меди в загрязненных и фоновых дерново-подзолистых почвах / С.И. Решетников // Биологические науки.

- № 4. - 1990. - С. 114-123.

101. Розанов, Б.Г. Основы учения об окружающей среде / Б.Г. Розанов. -М.: МГУ, 1984. - 376 с.

102. Садовникова, Л.К. Показатели загрязнения почв тяжелыми металлами и неметаллами в почвенно-геохимическом мониторинге / Л.К. Садовникова, Н.Г. Зырин // Почвоведение. - 1985. - № 10. - С. 84-89.

103. СанПиН 2.3.2.1078-01. Гигиенические требования к безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. - М.: Технорматив, 2013. - 275 с.

104. Селюкова, С.В. Агроэкологическая оценка содержания свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроценозах лесостепной зоны Белгородской области / С.В. Селюкова // Современное состояние почвенного покрова, сохранение и воспроизводство плодородия почв. Сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции,14-15 августа 2018 г. - Махачкала: ФГБНУ «Федеральный аграрный научный центр Республики Дагестан». - 2018. - С. 216219.

105. Селюкова, С.В. Агроэкологическая оценка содержания тяжелых металлов в зерне и соломе кукурузы / С.В. Селюкова // Современные тенденции развития науки и технологий. Периодический научный сборник по материалам XXIV Международной научно-практической конференции, 31 марта 2017 г. - Белгород. - 2017 а. - № 3-1. - С. 128-130.

106. Селюкова, С.В. Агроэкологическая оценка содержания тяжелых металлов в кукурузе и подсолнечнике / С.В. Селюкова // Агрохимический вестник. - 2017 б. - № 5. - С. 52-55.

107. Селюкова, С.В. Кадмий в агроценозах лесостепной зоны ЦЧО / С.В. Селюкова // Современные проблемы сельскохозяйственных наук в мире. Выпуск III. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции, 11 июня 2016 г. - Казань. - 2016 а. - С. 5-7.

108. Селюкова, С.В. Мышьяк в агроценозах лесостепи / С.В. Селюкова // Наука, образование, общество. Сборник научных трудов по материалам международной научно-практической конференции, 29 февраля 2016 г. - Тамбов.

- 2016 б. - Часть 2. - № 2-2(6). - С. 104-106.

109. Селюкова, С.В. Ртуть в агроценозах лесостепи / С.В. Селюкова // Наука и образование в социокультурном пространстве современного общества. Сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции. В 3-х частях, 29 февраля 2016 г. - Смоленск. - 2016 в.

- Часть 1. - С. 99-100.

110. Селюкова, С.В. Свинец в агроценозах лесостепи / С.В. Селюкова // Современные тенденции развития науки и технологий. Периодический научный сборник по материалам XII Международной научно-практической конференции, 31 марта 2016 г. - Белгород. - 2016 г. - № 3-1. - С. 114-116.

111. Селюкова, С.В. Тяжелые металлы в органических удобрениях / С.В. Селюкова // Агрохимический вестник. - 2016 д. - № 5. - С. 47-51.

112. Семенов, В.М. Почвенное органическое вещество / В.М. Семенов, Б.М. Когут. - М.: ГЕОС, 2015. - 233 с.

113. Скипин, Л.Н. Возможности накопления тяжелых металлов в почвах северного Зауралья / Л.Н. Скипин, А.А. Ваймер, Ю.А. Квашнина // Современные проблемы загрязнения почв. - М., 2007. - Т. 1. - С. 225-228.

114. Соколов, О.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 1. Атлас распределения тяжёлых металлов в объектах окружающей среды / О.А. Соколов, В.А. Черников. - Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. -164 с.

115. Соловиченко, В.Д. Совершенствование элементов адаптивно-ландшафтного земледелия в современных условиях / В.Д. Соловиченко, Г.И. Уваров // Управление продукционным процессом в агротехнологиях 21 века: реальность и перспективы: материалы Международной научно-практической конференции. - 2010, июль. - Белгород: «Отчий край», 2010. - С. 1216.

116. Соловиченко, В.Д. Эродированные почвы и комплекс противоэро-зионных мероприятий / В.Д. Соловиченко, Г.И. Уваров // Белгородский агро-мир. - 2011. - № 1. - С. 14-16.

117. Состояние окружающей среды. Программа ООН по окружающей среде. - М.: ВИНИТИ, 1980. - 162 с.

118. Состояние окружающей среды и использование природных ресурсов Белгородской области в 2006 году: справочное пособие / П.М. Авраменко, Г.Л. Акиньшина, А.И. Анисимов и др.; под ред. С.В. Лукина. - Белгород: КОНСТАНТА, 2007. - 208 с.

119. Спицын, С.Ф. Поведение микроэлементов в системе почва-растения пшеницы в различных зонах Алтайского края / С.Ф. Спицын, А.А. Томаров-ский, Г.В. Оствальд // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. - 2013. - № 12. - С. 42-47.

120. Технический регламент Таможенного союза: ТР ТС 015/2011. О безопасности зерна. - М.: ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 2013. - 25 с.

121. Технический регламент Таможенного союза: ТР ТС 021/2011. О безопасности пищевой продукции. - М.: ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ», 2013. -150 с.

122. Улахович, Н.А. Биогеохимия: учебно-методическое пособие / Н.А. Улахович, М.П. Кутырева, С.С. Бабкина. - Казань: Казанский государственный университет, 2008. - 47 с.

123. Хализев, А.Я. Химические стимулянты / А.Я. Хализев. - М., 1934.

124. Хижняк, Р.М. Экологическая оценка содержания микроэлементов (Zn, Cu, Co, Mo, Cr, Ni) в агроэкосистемах лесостепной зоны юго-западной части ЦЧО: дис. ... канд. биол. наук / Р.М. Хижняк. - М.: Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева, 2015. - 129 с.

125. Чемерис, М.С. Почвенная эффективность утилизации осадков сточных вод совместно с эффективными микроорганизмами / М.С. Чемерис, Н.Ф. Кусакина // Современные проблемы загрязнения почв. - М., 2007. - Т. 1. - С. 264-267.

126. Черных, H.A. Изменение содержания ряда химических элементов в растениях под действием различных количеств тяжелых металлов в почве / H.A. Черных // Агрохимия. - 1991. - № 3. - С. 68-76.

127. Черных, H.A. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах / H.A. Черных, М.М. Овчаренко. - М.: Агроконсалт, 2002. - 198 с.

128. Черных, Н.А. Экологический мониторинг токсикантов в биосфере / Н.А. Черных, С.Н. Сидоренко. - М.: Изд-во РУДН, 2003. - 430 с.

129. Черных, Н.А. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжёлыми металлами / Н.А. Черных, Н.З. Милащенко, В.Ф. Ладонин. - М.: Аг-роконсалт, 1999. - 176 с.

130. Четверикова, Н.С. Экологическая оценка влияния интенсивной сельскохозяйственной деятельности на состояние агроэкосистем в условиях лесостепной зоны Центрально-Чернозёмного района: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Н.С. Четверикова. - М.: Российский государственный аграрный университет - Московская сельскохозяйственная академия им. К.А. Тимирязева, 2013. - 22 с.

131. Чимитдоржиева, Г.Д. Тяжелые металлы (медь, свинец, никель, кадмий) в органической части серых лесных почв Бурятии / Г.Д. Чимитдоржиева, А.З. Нимбуева, Е.А. Бодеева // Почвоведение. - 2012. - № 2. - С. 166-172.

132. Шатилов, И.С. Состояние и перспективы повышения плодородия почв в Центрально-Чернозёмном экономическом районе РСФСР / И.С. Шатилов, А.Д. Силин, Н.А. Полев // Повышение эффективности земледелия и агропромышленного производства Белгородской области: материалы совместного заседания президиума ВАСХНИЛ и президиума Всероссийского отделения ВАСХНИЛ, 6-7 июня 1989 г., г. Белгород. - М.: Росагропромиздат, 1990. - С. 33-44.

133. Шеуджен, А.Х. Удобрения, почвенные грунты и регуляторы роста растений / А.Х. Шеуджен, Л.М. Онищенко, В.В. Прокопенко. - Майкоп: ГУ-РИПП «Адыгея», 2005. - 404 с.

134. Школьник, М.Я. Микроэлементы в жизни растений / М.Я. Школьник. - Л.: Наука, 1974. - 324 с.

135. Щербаков, А.П. Агроэкологическое состояние почв ЦЧО / А.П. Щербаков, И.И. Васенев. - Курск, 1996. - 326 с.

136. A comparative evaluation of macro- and microelement composition of plants of white lupine and soybean / S.V. Lukin, S.V. Selyukova, E.A. Prazina, N.S. Chetverikova // Indo American journal of Pharmaceutical sciences. - 2018. -№ 05(06). - P. 6133-6137.

137. Beauford, W. Uptake and distribution of mercury within higher plants / W. Beauford, J. Barber, A.R. Barringer // Physiol. Plantarum. - 1977. - V. 39. -№ 4. - P. 261-265.

138. Brown, G.E. Mineral surface and bioavailability of heavy metals: a molecucular-scale perspective / G.E. Brown, A.L. Foster, J.D. Ostergren // Proc. Natl. Acad. Sci. - USA. - 1999. - V. 96. - P. 3388-3395.

139. Crommentuijn, T. Maximum Permissible Concentrations and Negligible Concentrations for metals, taking background concentrations into account / T. Crommentuijn, M.D. Polder, E.J. Van de Plassche // RIVM Report 601501001. Bilthoven, Netherlands. - 1997. - P. 260.

140. Cumakov, A. Bilanz der Spurenelemente in der Pflanzenproduktion der Tschechoslowakei / A. Cumakov, J. Neuberg // Phosphorsaeure. - 1970. - V. 28. -P. 198.

141. Distribution, speciation, and transport of mercury in stream sediment, stream water, and fish collected near abandoned mercury mines in southwestern Alaska, USA / J.E. Gray, P.M. Theodorakos, E.A. Bailey, R.R. Tirner // Sci. Total. Environ. - 2000. - V. 260. - P. 21-33.

142. Duel, L.E. Arsenic solubility in a reduced environment / L.E. Duel, A.R. Swoboda // S.S.S.Am.Pr. - 1972. - V. 36. - № 2. - P. 276-278.

143. Guisti, L. Heavy metals in urban soils of Bristol (UK). Initial screening for contaminated land / L. Guisti // J. Soils Sediments. - 2011. - V. 11. - P. 13851398.

144. Heenan, D.P. Transport and distribution of manganese in two cultivars of soybean / D.P. Heenan, L.C. Campbell // Aust. J. Agric. Res. - 1980. - V. 31. - P. 943-949.

145. Instances of soil and crop heavy metals contamination in China / Q. Wang, Y. Dong, Y. Cui, X. Liu // Soil Sediment Contam. - 2001. - V. 10. - P. 497510.

146. John, M.K. Cadmium adsorption maxima of soils as measured by the Langmuir isotherms / M.K. John // Can. J. Soil Sci. - 1972. - V. 52. - P. 343-350.

147. Kabata-Pendias, A. Trace Elements in Soils and Plants / A. Kabata-Pen-dias. - 4th ed. - CRC Press, 2011. - 505 p.

148. Kim, C.S. Characterization and speciation mercury-bearing mine wastes using X-ray absorption spectroscopy / C.S. Kim, G.F. Brown, J.J. Rytuba // Sci. Total. Environ. - 2000. - V. 261. - P. 157-168.

149. Kloke, A. Richtwerte 80. Orientierungsdaten fur tolerierbare Gesamtgehalte einger Elemente in Kulturboden / A. Kloke // Mitteilungen VDLUFA. - 1980. - H. 1-3. - P. 9-11.

150. Krull, E.S. Functions of soil organic matter and the effect on soil properties / E.S. Krull, J.O. Skjemstad, J.A. Baldock. - CSIRO. Glen Osmond. Australia, 2004. - 129 p.

151. Manning, B.A. Surface structures and stability of arsenic (III) on goethite: spectroscopic evidence for inner-sphere complexes / B.A. Manning, S.E. Fendorf, S. Goldberg // Environ. Sci. Technol. - 1998. - V. 32. - P. 2383-2388.

152. Mhathre, G.N. Response of young plants to mercury / G.N. Mhathre, S.B. Chaphekar // Water Air Soil Pollut. - 1984. - V. 21. - P. 1-8.

153. Mobility and methylation of mercury in forest soils development of in-situ stable isotope tracer technique and initial results / J. Munthe, B. Lyven, H. Park-man et al. // Water, Air, Soil Pollut. - 2001. - P. 385-393.

154. Paktung, D. Speciation and characterization of arsenic in Ketza River mine tailings using X-ray adsorptoin spectroscopy / D. Paktung, A. Foster, G. Laf-lamme // Environ. Sci. Technol. - 2003. - V. 37. - P. 2067-2074.

155. Pan, R. Uptake and transplantation of airborne metals in crops / R. Pan // Agro-Env. Protec. - 1984. - V. 3. - P. 8-10.

156. Photosynthetic activities of cadmium-treated tomato plans / T. Baszynski, L. Wajda, M. Krol et al. // Physiol. Plant. - 1980. - V. 4. - P. 365.

157. Reilly, A. Copper-induced chlorosis in Becium homblei (De Wild) Duving. Et Plancke / A. Reilly, C. Reilly // Plant Soil. - 1973. - V. 38. - P. 671.

158. Rubio, B. Geochemistry of major and trace elements in sediments of Ria de Vigo (NW Spain): an assessment of metal pollution / B. Rubio, M.A. Nombela, F. Vilas // Marine Pollution Bulletin. - 2000. - V. 40. - P. 968-980.

159. Rytuba, J. Mercury mine drainage and processes that control environmental impact / J. Rytuba // Sci. Total Environ. - 2000. - V. 260. - P. 57-71.

160. Shan Xiao-Quan Evaluation of sequential extraction for speciation of trace metals in model soil containing natural minerals and humic acid / Shan Xiao-Quan, Chen Bin // Analyt. Chem. - 1993. - V. 65. - P. 802-807.

161. Sladek, C. Avaluation of sequential and selective extaction methods for determination of mercury speciation and mobility in mine waste / C. Sladek, M.S. Gustin // Appl. Geochem. - 2003. - V. 18. - P. 567-576.

162. Smith, H.A. Cadmium / H.A. Smith // Biochemistry of the Essential Ultratrace Elements. - London: Academic Press, 1984. - P. 341-366.

163. Some environmental problems associated with the use of treated wastewater for irrigation in Jordan / G.A. Al-Nakshabandi, M.M. Saqqar, M.R. Shatanawi et al. // Aricult. Water Manag. - 1997. - V. 34. - P. 81-94.

164. Stewart, J. Some relations of arsenic to plant growth / J. Stewart, E.S. Smith // Soil Science. - 1922. - V. 14. - P. 119-126.

165. The phytotoxicity of mercury vapor / B.Z. Siegel, M. Lasconia, E. Yae-ger, S.M. Siegel // Water Air Soil Pollut. - 1984. - V. 23. - P. 15-24.

166. Van Loon, J.C. van Mercury contamination of vegetation due to application of sewage sladge as a fertilizer / J.C. Van Loon // Environ. Lett. - 1974. - V. 6. - № 3. - P. 124-130.

167. Wang, Q. Integrated amendment and ecological restoration of polluted soils by heavy metals / Q. Wang // Proc. Strategy Soil Environ. Protect. New Century of China. - Beijing, 1998. - P. 26-29.

168. Wang, Q. Fertilizer proper use and sustainable development of soil environment in China / Q. Wang, J. Li // Advances Environ. Sci., 1999. - V. 7. - P. 116124.

170. Xu, R. Studies on pollution accident of phosphate fertilizers and limitation of trichloroacetaldehyde and trichloroacetic acid in them / R. Xu, D. Jiang, W. Qian // J. Env. Sci. - 1988. - V. 9. - P. 1-43.

171. Ylaranta, T. Seasonal variation in micronutrient contents of wheat / T. Ylaranta, H. Jansson, J. Sippola // Ann. Agric. Fenn. - 1979. - V. 18. - P. 218.

172. Zhou, X. Polluted status of Cd in Zhangshi irrigation area and solutions / X. Zhou // Agro-Env. Protec. - 1987. - V. 6. - P. 17-19.