ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ НА РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.02.08, кандидат наук Кравченко Антонина Леонидовна

• Кравченко Антонина Леонидовна
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кравченко Антонина Леонидовна

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Гумусовые вещества почв

1.2. Фульвокислоты почвы

1.3. Токсичные вещества в почве

1.4. Факторы, влияющие на поведение тяжелых металлов в почве

1.5. Органическое вещество почвы, его состав и свойства

1.6. Органо-минеральные соединения в почве

1.7. Комплексообразование органического вещества с тяжелыми металлами

1.8 Влияние тяжелых металлов на микробный ценоз почв

1.9. Тяжелые металлы в растениях

ГЛАВА 2. МЕТОДИКИ И ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1. Объекты исследований, их краткая характеристика

2.2. Методы исследований

ГЛАВА 3. СВОЙСТВА ГУМУСОВЫХ И ФУЛЬВОКИСЛОТ

3.1. Гумусовые вещества почв северо-западной части Липецкой области

3.2. Комплексообразование токсичных металлов с ФК и ГК

ГЛАВА 4. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ (ТМ) В СИСТЕМЕ ПОЧВА-РАСТЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

4.1. Влияние тяжелых металлов на рост и развитие укропа сорта «Грибовский»

4.2 Влияние тяжелых металлов на рост и развитие салата сорта Латук

4.3 Влияние тяжелых металлов на рост и развитие редиса сорта «Ранний красный»

4.4 Влияние тяжелых металлов на рост и развитие яровой пшеницы сорта «Прохоровка»

ГЛАВА 5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ ПОЧВЫ, САХАРНОЙ СВЕКЛЫ И КАРТОФЕЛЯ НА ТЕРРИТОРИИ СЕВЕРО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ЛИПЕЦКОЙ ОБЛАСТИ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФИТОТОКСИЧНОСТИ ПОЧВЫ НА РАЗВИТИЕ РАСТЕНИЙ»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. В связи с проблемами загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ), многие из которых являются токсичными, органическое вещество почвы подвергается специфическим физико-химическим взаимодействиям с ними как на уровне гуминовых, так и фульвокислот. Почвы способны аккумулировать в гумусовом горизонте токсичные вещества, в том числе и за счет процессов комплексообразования. Изучение устойчивости таких соединений, их распределения по горизонтам в зависимости от типа почв, транслокации в системе почва-растение во многом определяют экологическую составляющую производимой сельскохозяйственной продукции. В связи с этим исследовали гуминовые и фульвокислоты чернозема выщелоченного среднесуглинистого северо-западной части Липецкой области и миграцию свинца, кадмия в системе почва-растение укропа сорта «Грибов-ский», салата «Латук», редиса сорта «Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка» с оценкой фитотоксичности почвы.

Цель работы: изучить влияние агроэкологического состояния почвы на рост и развитие растений.

Задачи исследования:

1. Оценка влияния загрязнения почвы на рост и развитие укропа сорта «Грибовский», салата сорта «Латук», редиса сорта «Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка» соединениями свинца и кадмия, а также их смесью.

2. Определение фитотоксического эффекта, коэффициента биологического накопления разными частями растений из индивидуальных растворов РЬ и Сё, а также из их смеси.

3. Исследовать транслокацию ТМ в системе почва - корневая, надземная часть растений укропа, салата «Латук», сахарной свеклы и картофеля.

4. Исследовать взаимодействие ионов ТМ с препаратами гуминовых кислот и определить их константы устойчивости

Научная новизна. Определен элементный состав фульвокисло и их структура, проанализированы кислотные группы и их количество. Выявлена комплексообразующая способность гуминовых и фульвокислот исследуемых почв по отношению к ионам свинца и кадмия и определены константы устойчивости. Определена динамика миграции ТМ в системе почва -растение укропа, салата, редиса, яровой пшеницы, сахарной свеклы и картофеля и фи-тотоксичности почвы.

Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования стабильности гумусового состояния почв чернозема выщелоченного среднесуглинистого, а также предсказания состояния иона ТМ (степени связывания, возможности комплексообразования и миграции), и его возможной транслокации в системе почва-растение, что имеет значение для экологической безопасности окружающей среды. Получены условные константы комплексов ТМ с ГК и ФК, которые определяют устойчивость экотоксикатов в почвах и класс их опасности, фитотоксичность почвы (на примере растения укропа сорта «Грибовский», салата «Латук», редиса сорта «Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка» , сахарной свеклы и картофеля).

Апробация работы. Результаты исследований были представлены в 9 публикациях, из них 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, а также обсуждались на совместных заседаниях кафедры защиты растений и химии, агрохимии и почвоведения Елецкого Государственного Университета имени И.А.Бунина, научных сессиях Липецкого Технического Университета, Воронежского Государственного Аграрного Университета имени Петра I в 2009 -2013 годах.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Гумусовые вещества почв

В большинстве публикаций указывается на то, что в общей массе органических веществ в почве преобладают гумусовые вещества - гуминовые и фульвокислоты. В зависимости от типа почв содержание органических веществ может колебаться в широких пределах [20, 100, 106].

Соединения гумусовой природы образуются вследствие разложения растительных и животных остатков.

Кульский Л.А. [54] рассматривает гуминовые вещества как органические соединения с высокой молекулярной массой, с ароматическими ядрами и боковыми линейными углеродными цепями с функциональными группами разной силы.

В работе [106] отмечается, что в состав органического вещества входят аминокислоты, которые могут определять физико-химические свойства гумуса [96]. Известно, что основная часть растворимого гумуса в воде - ФК и их соли [5, 53, 71,72, 86, 87, 89, 90, 96].

1.2. Фульвокислоты почвы

Органическое вещество почвы имеет давнюю историю изучения. Однако до настоящего времени ведутся научные дискуссии о происхождении, свойствах и составе органического вещества почв. И.В. Тюрин выделил фульвокислоты, имеющих кислый характер после щелочной обработки почв [21, 101, 105].

Ученые выделяют белковые и белковоподобные углеводороды, лигни-ноподобные органические веществ, жиры, витамины, низкомолекулярные соединения органической и неорганической природы. Оден [105] ввел представления о гумусе как о специфическом органическом веществе с разной реакционной способностью и предложил свою классификацию.

Вопрос происхождения фульвокислот остается открытым. Это могут

быть исходные формы гуминовых кислот [108], продукты гидролитического разложения, или соединения, возникающие при химической обработке почвы. В литературе имеется много мнений на природу фульвокислот [3]. Японские ученые считают, что фульвокислоты представляют собой смесь органических веществ, имеющих разные особенности строения [5, 86, 87] .

Строение фульвокислот.

Предложен фрагмент ФК [65], из расчетов в молекуле ФК электронной плотности и для молекулярной массы 700 а.е.м. в который входят два ароматических кольца, шесть групп СООН, две кетонных и две фенольных группы, три спиртовых гидроксила.

При этом в молекулу ФК можно входят гидролизуемая часть с фрагментами аминокислот, аминосахаров, пентоз, гексоз, аммонийный азот, и т.д., и негидролизуемая, которая состоит из ряда азот-, фенолсодержащих кислот[65].

К единице строения ФК относят циклически полимеризованный углерод с цепями линейно полимеризованного углерода [41], с группами атомов, разных функциональных групп кислотности.

Спектральные исследования показывают, что фульвокислоты в ультрафиолетовой области от 200 до 300 нм имеют ароматическое строение с возрастанием и поглощением оптической плотности в коротковолновую область [24, 41, 42, 66, 84], и это характерно для ароматических колец конденсированного углерода.

Методами инфракрасной спектроскопии [41] подтверждается ароматическая природа ФК: присутствуют полосы, характеризующие колебания фенольных гидроксилов, групп -СН- ароматической природы , -СН3 и -СН2-алифатичеких групп , С=С сопряженных связей , С=O карбоксильных групп в ароматических кислотах [41].

Установлено при сравнении ГК и ФК, что сетка ароматического углеводорода в ФК незначительна и в ней преобладают алифатические радикалы. Данные элементного анализа показывают, что у ФК процент содержа-

ния углерода ниже, а кислорода - выше, чем у ГК из-за высокой степени кон-денсированности ароматического ядра [41].

Фульвокислоты являясь аморфными соединениями, имеют некоторую упорядоченность в твердом состоянии двумя типами упорядоченности [5, 41, 86, 87].

Функциональные группы фульвокислот.

К функциональным группам ФК относят карбоксильные, фенольные гидроксилы, с разной способностью к реакциям замещения атомов водорода.

В молекулах ФК разные типы кислотных групп было установлены в [73, 92]. У них разная емкость связывания аммиака емкости связывания ионов щелочных и щелочноземельных металлов. Исходя из разной реакционноспо-собности, установили, что кислотные группы представлены карбоксильными группами, а также фенольными, что подтверждается результатами анализа функциональных методами титриметрического титрования с определением суммарного количества функциональных групп [92].

Показано, что очищенные растворы ФК имеют кислую среду и являются сильными органическими кислотами [74]. В [75] определена степень диссоциации ФК, которая увеличивается с разбавлением в несколько раз, что свидетельствует о высокой диссоциирующей способности функциональных групп.

Из кривых потенциометрического титрования следует, что на кривой титрования имеется несколько небольших скачков, что свидетельствует о сложной структуре ФК, и наличии сильно-, и слабо диссоциирующих функциональных групп. Точка нейтрализации щелочами лежит в интервале рН 7,0 -8,2. В щелочной среде (рН 10 -11) на кривых титрования обнаруживается сла-бовыраженная дополнительная ступень, связанная с наличием фенокси групп [75], что подтверждается исследованиями ФК методом инфракрасной спектроскопии (далее ИКС): обнаружены полосы поглощения, карбоксильных и гидроксильных групп спиртовых гидроксилов и простых эфиров первичных спиртов. Наличие периферийных спиртовых гидроксилов определяет высо-

кую растворимость ФК.

ФК содержат простые эфирные группировки в алкильных радикалах, с количеством углерода более четырех.

Выделены полосы поглощения (=С-О-), и С-О в эфирных группах, а также полосы сопряжения ароматических циклов с различными заместителями.

Широкие полосы поглощения подтверждают наличие в молекулах ФК различных функциональных групп, которые определяют физико-химические свойства фульвокислот.

Подтверждено образование свободных радикалов методом ЭПР исходя из анализа литературных данных, фульвокислоты содержат ароматические ядра с карбоксильными гироксилами и боковых цепями, содержащих спиртовые OH-группами, СООH группами, СН-связями в - ароматических фрагментах, группы CH2, CH3 в алифатических, и азотсодержащих фрагментов [5, 39, 41, 81, 82, 84, 86, 87].

Элементы, входящие в состав фульвокислот.

Известно, что почвенные ФК содержат азот, фосфор, водород и кислород, а также серу и ТМ. Это подтверждается результатами работ по анализу фосфора в почвенных ФК [73].

Элементный состав почвенных фульвокислот, разных типов почв изменяется незначительно в пределах нескольких процентов и значительно отличается от состава ГК, что подтверждается данными табл. 1.1.

Таблица 1.1 Элементы, входящие в состав гумусовых веществ

С,% Н,% О,% N,»/0

Средний состав ФК 44-49 3.5-5.0 44-49 2.0-4.0

Средний состав ГК 52-62 3.0-5.5 30-33 3.5-5.5

Из данных табл. 1.2 следует, что ФК и ГК значительно различаются по содержанию углерода, кислорода и незначительно по водороду и азоту.

Относительная молекулярная масса фульвокислот может колебаться в интервале от 1300 а.е.м. до 80000 а.е.м. [31].

В связи с этим возникают большие затруднения при оценке молекуляр-

ной массы ФК и литературные данные колеблются в широком интервале: от 170 а.е.м. до 1700 а.е.м. [1, 5, 31, 32, 39, 55, 74, 75, 81, 82, 87, 92, 94, 102].

Оптические свойства фульвокислот.

Фульвокислоты, выделенные из различных почв и природных вод, отличаются одинаковыми полосами поглощения в видимой части спектра [24, 42, 66, 70, 73, 84, 92]. Для исследования свойств растворов ФК можно использовать закон Бугера-Ламберта-Бера, для определения концентрации вещества методом фотометрии.

Вместе при высоких концентрациях фульвокислот, наблюдается рассеяние света и отклонение от закона Бугера-Ламберта-Бера [67]. Цветность растворов ФК определяется кислотностью среды. При переходе рН из кислой среды в щелочную поглощение растворов ФК возрастает [67].

Известно также, что при действии перекиси водорода, перманганата марганца оптическая плотность снижается [5, 67, 86, 87].

Химические свойства фульвокислот.

Фульвокислоты близки по свойствам с креновой, апокреновой и гума-левой кислотами [24,41, 42, 66, 65, 73, 84]. Цветность растворов ФК (желтая, бурая, коричневая) зависит от концентрации. Химически ФК взаимодействуют с водой, спиртами, кислотами, образуя соответствующие соли. ФК -вещества темно-коричневого, фиолетового цвета.

Из-за наличия кислотных и основных в своем составе ФК обладают высокой реакционной способностью и образуют кислые, основные, аморфные соединения в том числе с ионами тяжелых металлов, взаимодействуют с [67, 92, 102] почвенными минералами [75].

В работах [71, 72] исследовано взаимодействие различных жидкостей, в сравнении с ФК и с минералами. В табл. 1.2 дана оценка этого взаимодействия в процентах к действию, по отношению НС1 (100 %)

Таблица 1.2 Сила растворов кислот по отношению минералам (%)

Минерал Лимонная кисл. Фульвокислоты Дистиллир.вода

Каолин 118 384 67

Оливин 115 130 20

Монтмориллонит 370 430 249

Роговая обманка 86 142 25

Биотит 76 90 12

Мусковит 43 112 21

Базальт ИЗ 115 13

Микроклин 52 167 14

Нефелин 68 96 4

ФК являются весьма сильными кислотами и обладают высокими растворяющими свойствами.

С тяжелыми металлами ФК образуют комплексные соединения с разной устойчивостью. С чем связана зольность препаратов ФК [29, 42, 43, 79, 92]. Достигнута степень очистки в пределах 1% золы [75].

Разделение фульвокислот. Гумусовые кислоты определяют реакционную способность почв, представляя собой - продукт трансформации органических остатков. Этот процесс непрерывен во времени обуславливает наличие веществ с разной степенью трансформирования. В гумусовых веществах всегда присутствуют переходные формы [78, 104, 107].

Степень трансформированности находится во взаимосвязи со степенью конденсированности ароматического ядра, что определяет геометрические размеры молекул гумусовых веществ [1]. Поэтому, молекулы ГК превосходят молекулы ФК [15].

ФК неоднородны по величинам молекул [1, 15, 29, 43, 67, 68, 70, 78, 79, 104, 107], что обуславливает проницаемость, в части ФК через ацетат-целлюлозную перегородку, в то время как другой нет.

Дисперсность фракций ФК обуславливает и различия в их составе. Самые мелкодисперсные фракции ФК содержат повышенное количество азота и пониженное - углерода. Более крупные молекулы ФК теряют часть азота,

кислорода и водорода, обогащаются углеродом, теряя часть.

С помощью дробного фракционирования гумусовых кислот из них были выделены ФК которые состоят из двух фракций - осаждаемой и не осаждаемой солями алюминия [44, 92].

Ступенчатое фракционирование ФК можно провести с помощью углей на хроматографических колонках [27, 29, 42, 79], а также крахмалом и окисью алюминия [46] и электрофорезом [42, 44, 97]. Хроматографически из ФК выделяют две фракции - флуоресцирующая и не флуоресцирующая, что связано с образованием из-за различной скорости оседания вещества разнодис-персного материала [46].

Авторами получено разное число фракций на ряде марок углей [27, 29, 42,]. Из активных углей ФК можно извлечь последовательно разными растворителями: ацетоном, водой, растворами щелочей, смесью спирта и бензолом или фенолом.

Методами ионообменной хроматографии на смолах гумусовые кислоты были разделены на гидрофильные и гидрофобные [110].

Произведено фракционирование ФК методом бумажной хроматографии. Из ФК были выделены ароматические и алифатические кислоты [97].

В работе [44] проведено фракционирование гумусовых кислот с использованием метода круговой распределительной хроматограммы с использованием в качестве растворителя смеси н-бутилового спирта, ледяной уксусной кислоты и воды. В ультрафиолетовом свете обнаружены 3 зоны: А -в центре круга, Б -промежуточная, В - периферическая (флуоресцирующая). В зоне В содержалось до 50% исходного вещества. Методом электрофореза ФК выделены зоны: отрицательно и положительно заряженные зоны и положительно заряженные, флуоресцирующая, двигавшуюся к катоду.

Возможно разделение ФК на фракции с помощью гидролиза в растворах минеральных кислот [46]. Гидролитически отщепляется 60 - 80% массы вещества. В гидролизатах обнаружены аминокислоты и полисахариды.

Пептидные связи обращают полосы «амид I" и «амид-11», проявляемыми

в ИК спектрах. Эти полосы проявляются области 1650 и 1540 см-1, а после гидролиза их интенсивность резко ослабевает.

Моносахариды высвобождаются из ФК в результате расщепления глико-зидной связи при гидролизе полисахаридов [74]. Выход аминокислот при этом достигает 5-10 % от всей массы препарата. Следует отметить, что часть аминокислот, связанных непосредственно с фенольными группировками, удерживается очень прочно и не подвергается гидролизу. Общее содержание аминокислот в ФК составляет 8-12 %.

Для установления состава ФК применяют эффективный метод - гель-хроматографии, основанный на различии молекулярной массы. Так, авторы

[74] на сефадексах разных марок оценили молекулярные массы 5 фракций. Недостатком разделения ФК на сефадексах, является потеря части материала.

Из литературных данных следует, что ФК это полимерные макромолекулы в состав, которых входят аминокислоты, алифатические и ароматических полисахариды, карбоновые кислоты [5, 86, 87] .

Способы выделения фульвокислот.

Для выделения гумусовых веществ из почвы необходимо разрушение минеральной матрицы [107]. Применяется обработка почв растворами едких щелочей. Экстракты обрабатывают минеральными кислотами в сильнокислой среде. Это способствует переводу гуминовых кислот в осадок, а ФК в кислый раствор. Известна сернокислотная технология выделения ФК из почв

[75].

Способы выделения ФК из природных вод сводятся к концентрированию упариванием, вымораживанием [76] .

В [76] предложена методика анализа водного гумуса при соосаждении с карбонатами кальция и натрия в момент смешивания их растворов, с растворением осадка в соляной кислоте, с отделение ГК, не растворяемых в минеральных кислотах.

Выделенные ФК подвергали отделению от минеральной составляющей,

с использованием химических, ионитных и электро, баромембранных методов и т.д. [74, 75].

Очистка ФК приводит к потерям части вещества и осложняет исследование состава и молекулярной массы. В [75, 92] в связи с этим изучали свойства ФК в виде их аммиачных солей.

Таким образом, гумусовое вещество почвы представляет собой гетерогенную полимерную дисперсную систему разнообразных кислотно-органических соединений. Выделены три группы: фульвокислоты, гумино-вые кислоты, гумины. Качественное и количественное соотношение между ними характеризует групповой и фракционный состав гумуса. Оно основано на различных свойствах гумусовых веществ и форм их связи с минеральными компонентами почв. Содержание гуминовых и фульвокислот в почвах зависит от ландшафтно-геохимических и климатических условий, степени перераспределения почвообразующих пород. Структурные фрагменты и состав гуминовых и фульвокислот, выделенных из почв разных ландшафтов различны. В нашем случае изучались почвы Липецкой области [5, 86, 87] .

1.3. Токсичные вещества в почве Тяжелые металлы входят в число загрязняющих веществ, техногенного характера, которые присутствуют в почве, воде, воздухе и сельскохозяйственной продукции. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся РЬ, Си, 7п, №, Cd, Со, Sb, Sn, В^ Щ. Почва является барьером на пути миграции ТМ в растения, животных и человека. Аккумуляция ТМ в почве затрудняет получение экологически чистой продукции. Важное значение имеют ТМ в почве, из-за различной по степени доступности для растений. Наиболее опасны легкодоступные формы ТМ. Наибольшей подвижностью ТМ обладают в кислых почвах, поскольку в кислой среде слаборастворимые окислы металлов и фосфаты переходят в ионную форму, легко усваи-

ваемую растениями. Увеличение кислотности почвы на 1,8-2 единицы (диапазон измерения рН почвы составляет 4-6,5) приводит к увеличению подвижности ионов свинца в 3-6 раз, цинка в 3,8-5,4 раза, кадмия - в 4-8 раз, меди - в 2-3 раза, что в свою очередь ускоряет проникновение ионов ТМ в клетки растений. Особенно хорошо усваиваются растениями ТМ в легких песчаных малоплодородных почвах с кислой реакцией.

Миграционная подвижность ТМ в почвах зависит от рН среды и может снижаться (например, Бе, Мп, 7п, Со и другие) или возрастать. Молибден и хром, обладают высокой подвижностью в слабокислой и щелочной среде за счет образования солей. Такие металлы как ртуть и кадмий, высоко подвижны из-за соединения с органическим веществом почв.

Способность ТМ к миграционному перемещению определяется процессами адсорбции. Сорбция ТМ глинистыми минералами позволяет удерживать их за счет обменного и необменного поглощения. Почвы, с тяжелым механическим составом, имеют высокую адсорбирующую способность.

В зависимости от минералогического состава, изменяется адсорбирующая способность. Даже при одинаковом механическом составе емкость катионного обмена может различаться, и быть близко к каолинитам, или супесчаным и песчаным почвам. Поглощение ТМ илистой фракцией почвы, зависит от состава глинистых минералов. Ионы ТМ размером 0,052-0,093 нм (например, 7п, Мп , Си , N1, Со и Сг) внедряются вместо А1, Бе, и Mg в октаэдрах минералов и, наоборот, из-за больших размеров, свинец и кадмий не поглощаются глинами.

Миграция ТМ в почве находится во взаимосвязи валентностью металлов, и их окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) в почве. Изменение условий окисления-восстановления может приводить к образованию осадков металлов. Подвижность Бе и Мп увеличивается, так как они двухвалентны ионы по сравнению с трехвалентными. Цинк, медь, никель, кобальт и уран из-за выпадения в осадок малоподвижны в восстановительной среде.

Аккумуляция ТМ зависит от природы органического вещества, а именно от соотношения гуминовых, фульво-, оксикарбоновых и других кислот. Амфотерность гумусовых кислот сказывается на подвижности ТМ в почвах. Активность фульвокислоты возрастает в почвах, затронутых процессами подзолообразования. За счет образования с тяжелыми металлами комплексов, растворимые в широком диапазоне рН и способных к миграции по профилю почв. С ГК из-за слабой растворимости в кислой среде образуются подвижные комплексы, которые накапливаются в гумусовом горизонте. Тяжелые металлы распределяются в профиле почв неравномерно. Их накопление, проявляющееся как в увеличении валового содержания, так и содержания подвижных форм, происходит в приповерхностном слое гумусового горизонта.

Из-за различной химической активности функциональных групп органические вещества по разному поглощают Си, 7п, РЬ, Мп. Они более реакци-онноспособны в отношении с ГК, чем с ФК. ГК и ФК хорошо связывают Си и РЬ, и меньше Бе и Мп.Кислотность среды определяет поглощение ТМ гуми-новыми кислотами и фульвокислотами, и сказывается на подвижности ме-таллорганических хелатных соединений.

Остановимся подробнее на поведении в почвах некоторых тяжелых металлов.

Свинец. В сравнении с другими ТМ он менее подвижен, и подвижность снижается при известковании почв. Подвижность РЬ обуславливается образованием комплексов с органическим веществом почв. В щелочных средах РЬ присутствует в почве в виде гидроксида, фосфата, карбоната и метал-лохелатных комплексов.

Кадмий. Кадмий имеет высокую подвижность в кислых средах и доступность для растений. В почве кадмий образует комплексы и органические хелаты. Подвижность кадмия в почве зависит от среды и ОВП.

Загрязнение кадмием экологически опасно из-за аккумулятивного накопления в растениях даже при его содержании в почве меньше ПДК.

Цинк. Подвижность цинка в почвах определяется составом дисперсности глинистых минералов, величиной рН. В щелочных средах цинк образует металлоорганические комплексы и поглощается почвой. Адсорбция ионов цинка межпакетными пространствами кристаллической решетки монтмориллонита приводит к потере подвижности. Цинкорганические соединения устойчивы и накапливаются в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.

Медь. В химическом отношении Си малоактивный металл, в почвах отличается малой миграцией при высоком содержании подвижной форм. Её подвижность зависит от состава и дисперсности материнской породы, кислотности, соотношения ГК и ФК. Си в почве поглощается с оксидами железа, марганца, и их гидрооксидами в монтмориллонитоните, вермикулите. Гу-миновые и фульвокислоты образуют высокоустойчивые комплексы. растворимость комплексов меди зависит от рН.

Никель. Количество никеля в почвах определяется минералогическим составом почвообразующих пород. Оно максимально в почвах богатых органическим веществом. Подвижность никеля в почвенном профиле зависит от органического вещества, амфотерных оксидов и количества и дисперсности глинистой фракции [4, 11, 17, 38, 91, 94].

1.4. Факторы, влияющие на поведение тяжелых металлов в почве

На поведение ТМ в почве оказывает влияние тип почвы, кислотность, содержание органического вещества, механический и минералогический состав почвы, сорбционная емкость почвенно-поглощающего комплекса (ППК), буферность и рН почв.

Состав поглощающего комплекса почв играет ведущую роль в её способности аккумулировать микроэлементы и образовывать их мобильные формы. С точки зрения экогеохимии, основная функция ППК — участие в реакциях комплексообразования и обмена с элементом-токсикантом. При ис-

следовании ППК почв определяют обменные формы кальция, магния, калия, натрия, а также гидролитическую кислотность и рН.

Одной из интегральных характеристик почвы является буферность. Она отражает способность почв противостоять изменению свойств и состава при взаимовоздействии с химическими веществами природного и антропогенного происхождения. В экологии буферность почв — это способность поддерживать и восстанавливать экологическое равновесие в системе "почва-раствор" при техногенном ее загрязнении. В качестве критерия для количественной эколого-геохимической оценки устойчивости системы "почва-раствор" и ее влияния на образование мобильных форм микроэлементов введен коэффициент буферности (Кб). Он пропорционален сорбционной емкости ППК и обратно пропорционален изменению ДрН в системе "почва-раствор".

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кравченко Антонина Леонидовна, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александрова Л.Н.//Труды юбилейной сессии почвенного института-им.Докучаева.-1949.-С.225-232.

2. Александрова Л.Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. / Л.Н. Александрова Л.: Наука, 1989.- 288с.

3. Александрова Л.Н. Современные представления о природе гумусовых веществ и их органо-минеральных производных // Проблемыпочвоведения. -М.:Изд. АН СССР.- 1962. - С. 77-100.

4. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях.- Л.: ВО Агро-промиздат, 1987.- 140 с.

5. Алитдинова Светлана Юрьевна. Разработка безопасного способа применения ионообменных смол при водоподготовке в пищевой промышленности : диссертация кандидата технических наук : 03.00.16.- Москва, 2005.- 123 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/537.

6. Альберт А. Константы ионизации кислот и оснований./ А. Альберт , Е. Сержент / М.А., - Химия,- 1964,-179

7. Бабьва И.П., Левин С.В., Решетова И.С. Изменение численности микроорганизмов в почвах при загрязнении тяжелыми металлами // Тяжелые металлы в окружающей среде. - М., 1980. - с. 115-120.

8. Барсукова В.С. Физико-генетические аспекты устойчивости растений к тяжелым металлам. Новосибирск, институт почвоведения и агрохимии, 1997.155с.

9. Беллами Л. Инфракрасные спектры сложных молекул. - М., Ин.лит., -1963,590 с.

10. Бушуев Н.Н. Взаимодействие тяжелых металлов с различнымикомпо-нентами почв. / Роль природообустройства сельских территорий в обеспечении устойчивого развития АПК (Материалы международной научно -практической конференции ). Москва. - 2007. С. 16-22.

11. Вернадский В. И. Труды по биогеохимии и биохимии почв./

В.И.Вернадский. М.: Наука, 1992. - 437 с.

12. Вернадский В. И. Химические элементы, их классификация и формы их нахождения в земной коре./ В.И.Вернадский — Избр. соч. Т. 1. - М., 1954. — С. 32-60.

13. Ганджара Н.Ф. Почвоведение./ Н.Ф.Ганджара М.: Агроконсалт. 2001г. -392 с.

14. Гигиенические нормативы ГН 2.1.7.020-94 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) тяжелых металлов и мышьяка в почвах». Госком-санэпиднадзор РФ. 1994. 27 декабря.

15. Гиммерлинг В.В.Сравнительная характеристика органических веществ почв разного типа//Ученые записки МГУ.- 1946.-Вып. 105.- С.82-94. 93. Драгунов С.С., Высоцкая П.Н. Химические исследования гумусовых веществ некоторых почв// Почвоведение.-1953-.№ 4.-С.27.

16. Горбатов В.С., Зырин Н.Г. О выборе экстрагента для вытеснения из почв обменных катионов тяжелых металлов // Вестн. МГУ. Сер. 17, Почвоведение. - 1987. - №2. - с.22-26

17. Горбатов В.С. Трасформация соединений и состояние цинка, свинца и кадмия в почвах// Автореф. дисс. на соиск. уч. ст. канд. биол. наук. - М.: МГУ, 1983.- 24 с.

18. Гороновский И.Т. Краткий справочник по химии./ И.Т. Гороновский, Ю.П. Назаренко / - Киев, - 1974, с.78.

19. Голубев И.Ф. Почвоведение с основами геоботаники. - М.: Колос, 1982. - 360 с

20. Грановская Г.Л. Сорбция гуминовых и фульвокислот из природных вод макропористыми анионитами.Автореф. канд.хим. наук. - Воронеж.- 1969.-21с.

21. Грановская Г.Л., Мазо А.А.., Мелешко В.П. Получение особо чистой воды из воды, содержащей значительные количества органических веществ // Проблемы получения особо чистой воды. - Воронеж: Изд-во Воронеж, ун-та. -1971.- С.38-45.

22. Гребенюк В.Д. Обессоливание воды ионитами./ В.Д.Гребенюк, А.А.

Мазо /-М.: Химия.- 1980.-254 с.

23. Гузев В.С., Левин С.В. Перспективы эколого-микробиологической экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях // Почвоведение. -1991. - №9. - с. 50-62

24. Давыдов П.К. Теоретические предпосылки мелиорации подзолистых почв // Почвоведение.-194 -.№ 7-8.-С.31 -39.

25. Джуваликян Х.А. Экология, город, человек. - Воронеж: ВУ, 1996 -104с.

26. Днепровский А.С. Теоретические основы органической химии. Строение, реакционная способность и механизмы органических соединений. / А.С. Днепровский, Т.И. Темникова /Л.: Химия. Ленинград.отд., 1991, 560 с.

27. Драгунов С.С., Высоцкая П.Н. Химические исследования гумусовых веществ некоторых почв// Почвоведение.-1953-.№ 4.-С.27.

28. Дроздова Т.В. Применение метода хроматографии для изучения фульвокислот//Почвоведение.-1955.-№ 1.- С.81-87.

29.Дроздова Т.В. Применение хроматогафии к изучению фульвокислот почв//Почвоведение. -1955- .№ 1.-С.81 - 87.

30.Дубровина О.А., Муратов Д.Н., Стекольников Ю.А. «Экологические оценка качества сточных вод табачной фабрики «Дж.Т.И.Елец» и их прогнозирование в качестве удобрений сельскохозяйственных культур». / Альманах современной науки. Тамбов: Грамота, 2009. № 11(30) Ч. 1. С.125-127

31.Еременко В.Л.,Чехунова И.П. Константы нестойкости комплексных соединений тяжелых металлов с фульвокислотами// Гидрохимматериалы. -1965. -Т.39.- С.52-61

32. Еременко В.Я. К методике установления форм нахождения тяжелых металлов в природных водах// Гидрохимматериалы.-1966.-Т.41- С.153-157

33.Жоробекова Ш.Ж. макролигандые свойства гуминовых кислот. Фрунзе. ИЛИН,1987,-194 с.

34.3аварзина А.Г. Кислотно - основные свойства гуминовых кислот различного происхождения по данным потенциометрического титрования / А.Г.Заварзина, В.В. Демин /// Почвоведение, 1999, №10, с. 1246-1254 35. Звягинцев Д.Г., Кураков А.В., Умаров М.М., Филипп З. Микробиологические и биохимические показатели загрязнения свинцом дерново-подзолистой почвы // Почвоведение. - 1997. - №9. - с. 1124-1131. 36.Зеликов В.Д., Мальцев Г.И. Почвоведение с основами агрохимии. - М., Агропромиздат, 1986 . - 236с.

37.Зырин Н.Г., Овчинников М.Ф., Орлов Д.С. Аминокислотный состав гуминовых кислот и фульвокислот некоторых типов почв//Агрохимия.- 1964.-№4.-С.108-110.

38.Ильин В.Б. Тяжелые металлы в системе почва-растения. / В.Б.Ильин. — Новосибирск: Наука, 1991.-151 с.

39.Касаточкин М.М. Рентгенография и ИК-спектроскопия в применении к исследованию гумусовых веществ // Почвоведение.-1956.-№ 5,- С.80-85.

40.Карпухин А.И., Яшин И.М., Черников В.А. Формирование и миграция комплексов водорастворимых органических веществ с ионами тяжелых металлов в таежных ландшафтах Европейского Севера. //Изв. ТСХА. 1993. Вып.2. С. 107-126.

41.Кононова М.М. Гумус главнейших типов почв // Почвоведение.-1956. Т.3 С.18-30.

42.Кононова М.М.., Бельчикова Н.П. К изучению природы гумусовых веществ почвы приемами фракционировании//Почвоведение.-1960.- № 11.-С.1-9.

43.Кононова М.М., Титова Н.А. Применение электрофореза на бумаге для фракционирования гумусовых веществ почвы и изучение их комплексных соединений//Почвоведение.-1961-.№ 11.-С. 81-89.

44. Кононова М.М. Органическое вещество почв. / М.М. Кононова. — М.: Наука, 1963.-314 с.

45.Кононова М.М. Проблема гумуса в новейшей литературе// Почво-ведение.-1953.-№12.-С.45-61.

46. Кононова М.М., Бельчикова Н.П. Применение хроматографического метода при изучении гумусовых веществ почвы//Почвоведение. -1958.- № 3.-С.83-88.

47.Ковда В.А., Розанов Б.Г. Почвоведение. Ч. 1. Почва и почвообразование. -М.: Высшая школа , 1988.

48.Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова. М.: Наука. 1985. 243 с.

49.Кларк Т. Компьютерная химия. М., мир, 1990, 381 с.

50.Кизанцев Е.И. Ионообменные материалы, их синтез и свойства. / Е.И. Ки-занцев, В.С. Пахелков, З.Ю. Кокошко //Свердловск - 1969,-149с.

51. Кравченко А.Л.Гумусовые вещества почвы/ А.Л. Кравченко, М.В. Зайцева, Ю.А. Стекольников, Г.В. Славинская// Вестник Тамбовского ГТУ. -2013. - С. 186-196

52. Кравченко А.Л. Тяжелые металлы в системе почва-растение в условиях загрязнения / А.Л. Кравченко, М.В.Зайцева, Ю.А. Стекольников // Ученые записки Орловского Государственного университета. Орел. - 2013. - № 3. -С. 190-193

53.Кульский Л.А., Шевченко М.А.. О природе веществ, обусловливающих цветность воды Днепра//Гидрохимматериалы.-1956.-Т.25.-С. 59-68.

54. Кульский Л.А., Строкач П.П. Технология очистки природных вод. Киев: Вища школа. - 1986. - 352с.

55.Кухаренко Т.А. Современное состояние наших знаний о структуре и свойствах гуминовых кислот//Труды института горючих ископаемых.-1955.-№5.-С.11.

56.ЛарионовА. Г. Мероприятия по снижению содержания тяжелых металлов в условиях промышленных сбросов.Изд. Чуваш. ГСХА, 2005. С. 127

57.Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М., Химия, наука, 1996, 392 с.

58.Мамонтова Ю. Е., Мамонтов А. Н., Муратов Д. Н., Стекольников Ю. А., Сотников Б. А. «Тяжелые металлы в почве, сахарной свекле и картофеле, производимых в северо-западной части Липецкой области» / Альманах современной науки и образования Тамбов: Грамота, 2009. № 5 (24). С. 85-87.

59.Матвеев Н.М., павловский В.А. Прохорова Н.В. Экологические основы аккумуляции тяжелых металлов сельскохозяйственных растениями в лесостепном и степном Поволжье. - Самара: Самарский университет, 1977, -222с.

60. Методические рекомендации по проведению полевых и лабораторных исследований почв и растений при контроле загрязнения окружающей среды металлами. М., Гидропромиздат, 1981. 25с

61. Методические рекомендации по санитарно-химическому определению тяжелых металлов в объектах окружающей среды, полимерах, биологических препаратах. Одесса, Одесский филиал НИИ гигиены водного транспор-та.1986.57с.

62. Методики выполнения измерений массовой доли подвижных форм металлов в пробах почвы атомно-абсорбционным анализатором (РД 50 18 289-90) , 1990.15с.

63. Наканиси Н. Инфракрасные спектры и строение органических соединений. М., Мир, 1965, 216 с.

64.Овчинников М..Ф., Орлов Д.С. Распределение азота по фракциям органических веществ почвы / /Вестник МГУ. Серия почвоведение.-1964- №3.-С.11-20.

65.Орлов Д.С. Химия почв / Д.С. Орлов.- М.: Химия.- 1985.- 307 с 66.Орлов Д.С. Поглощение света гумусовыми веществами в видимой части спектра //Научн. докл. высш. школы. Биологические науки.-1959. -№4.-С. 192-197.

67. Орлов Д.С. К методике изучения оптических свойств гумусовых веществ //Научн. докл. высш. школы. Биологические науки.-1960.- № 1.- С.204-207

68.Орлов Д.С. Гумусовые кислоты почв / Д.С. Орлов. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1974.- 334 с.

69.Орлов Л.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении. М.: Высшая школа, 2002. 334 с.

70.Пилипенко А.Т., Пятницкий И.В. Аналитическая химия.-М.: Химия, 1990.-480 с.

71.Пономарева В.В., Эттингер А.И. К характеристике природныхорганиче-ских веществ, растворенных в невской воде // Журн. прикл.

химии.-1954.- Т.27.- № 7.-С. 774-781.

72.Пономарева В.В., Эттингер А.И. //Докл. АН СССР.- 1958.-Т.138.- № 1. -С.12-14

73.Пономарева В.В. О реакциях взаимодействия группы креновых и апокре-новых кислот (фульвокислот) с гидроокисями оснований // Почвоведение. -1949.-№ 11-.С.638-651.

74. Пономарева В.В. О методах выделения и химической природе фульвокислот // Почвоведение.-1947.-№12.- С. 165

75.Пономарева В.В.//Теория подзолообразовательного процесса.- 1964.-С.59-90.

76.Пономарева В.В. Принцип выбора структуры активных углей для очистки воды от органических веществ // Химия и технология воды.- 1980.- Т. 2, № 2. С. 111-114.

77.Пронина Н.Б. Экологические стрессы (причины, классификация, тестирование, физиолого-биохимические механизмы). - Москва: изд-во МСХА, 2000. - 312с.

78.Рассел Э. Почвенные условия и рост растений.-1955.- 107 с.

79.Рыдалевская М.Д., Терешенкова И.А. Природа слоя гумуса лесной поч-вы//Вестник ЛГУ. Серия биологическая.-1961.-Вып. 15.- № 3.- С. 138-146.

80.Руководство по санитарно-химическому исследованию почвы. М, ГК СЕНР РРИАЦ, 1993. 40с.

81.Семенов А.Д., Семенова И.М. Инфракрасные спектры фульвокислот природных вод.// Гидрохимматериалы.-1966-.Т.41-.С.163 -173.

82.Семенов А.Д., Залетов В.Г. Спектры ЭПР фульво- и гуминовых кислот природных вод//Гидрохимматериалы.-1966.- №41 .-С.174-179.

83.Славинская Г.В., Зеленева Л.А., Кузнецова Н.С. Анализ работы установок ионообменого обессоливания природных вод // Теория и практика сорбцион-ных процессов. Межвузовский сборник научных трудов. - Воронеж: Изд-во Воронеж.ун-та.-1983.- Вып 16.- С.101-105.

84.Славинская Г.В., Селеменев В.Ф. Фульвокислоты природных вод. - Воронеж.: Воронеж ун-т.- 2001.-165с.

85.Славинская Г.В. Кислотно-основная функция коллоидных фульвокислот природных вод./ Г.В. Славинская, В.Ф.Селеменев, Н.И. Глянцев ///Тезисы докл. межд. конф. По коллоидной химии. Москва.-1998

86.Славинская, Галина Владимировна. Разработка процесса сорбционной очистки воды от фульвокислот синтетическими анионитами:. дис. на соиск. учен. степ. к.х.н.: Спец. 03.00.16 / Славинская Г.В.; Рос. хим. -технол. ун-т им. Д.И. Менделеева. - М.: 2002. - 188 с.

87.Славинская Галина Владимировна. Физико-химическое обоснование и реализация процессов удаления гумусовых кислот из водных растворов методом препаративной хроматографии :Дис. ... д -ра хим. наук : 05.11.11 : Воронеж, 2003 350 с. РГБ ОД, 71:04-2/30-7

88. Смирнова Н.В. , Шведова Л.В., Невский А.Л. Влияние свинца и кадмия на фитотоксичность почвы. / Экология и промышленность России, апрель, 2005г. 32-35 с.

89.Скопинцев Б.А.. Обзор опубликованных методов гидрохимического анализа / Гидрохим материалы.-1955.-№ 24.- С. 63-64.

90.Скопинцев Б.А. Труды государственного океано-графического института.- 1950. - Выпуск 17 (29). - С. 9, 142.

91.Свинец в окружающей среде.- М.: Наука, 1987.- 181 с.

92.Тюрин И.В. // Труды почвенного института им. Докучаева АН СССР.-1940-.Т.23.

93.Тяжелые металлы в окружающей среде. М.: МГУ, 1980. 167 с.

94.Убугунов Василий Леонидович. Тяжелые металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ : диссертация ... кандидата биологических наук : 03.00.27.- Улан-Удэ, 2003.- 195 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-3/1194-8

95. Федорова А.И. биоиндексация состояния городской среды по реакции древесных растений. // Геоэкологические проблемы устойчивого развития ородской среды. - Воронеж: ВГУ, «Квадрат», 1996. - С.212-213

96.Фотиев A.B. Почвоведение.-1964.- № 12.- C.45.

97.Фотиев А.В. К изучению гумуса грунтовых вод// Почвоведение.-1966.-№11.-С. 115-117.

98.Чикин Г.А. Асимптотическое уравнение динамики сорбции в режиме параллельного переноса / Г.А. Чикин, В.А. Кузьминых, М.В. Рожко-ва///Журн.физ.химии.-1984.-Т. 58.- №1.-С. 1734-1738.

99.ЧулджиянХ.и др. Предельно допустимое содержание подвижной формы тяжелых металлов в почве [Электронный ресурс] / 1988. URL: www.gidrogel.ru

100. AschanО. Soluble humus material of northern fresh water // J.Pract. Chem.-1988.-N77.-P. 172-226.

101. A.N.vanBreemen, Th. J. Nieuwstad. The Fate of fulvic acids during water treatment // Water Research.- 1979.- Vol. 13.- N 8.- P. 771-779.

102. Berzelius J.J.//Lehrbuch der Chemie. -Leipzig.-1939. Bd. 7,8.-S.31-42.

103. Schnitzer M., Krendorff H. Reactions of fulvic acid with metal ions//Water, Air and Soil Pollut-1981.-Vol.15.- N 1.-P. 27-108.

104. Schlichting E. ZurKentnis der Heidehumus.-1953.-Bd 61.-S.106.

105. Oden S. Die Huminsauren//Koolloidchemische Bein.-1919-Bd.11.-S. 75-79

106. Leroy J.-B., Fressonnet B. Traitement de lazoteorganiquedans les eaux potables // Techn. et sci. mimic. -1985. - N 2.- P. 79-86.

107. Laatsch W. Untersuchungenuber die Bildung und Anreicherung von Humusstoffen Steinkopf-1944. Bd 7.- S.17-24.

108. MarkussonJ.Forzusammensetzung und Lignintheorie.-1925.Bd 2.-S.1-7

109. Rebhun M., Fuhrer Z., Adin A. Contact flocculation-filration of humic substances // Water Res..-1984.- Vol.18.- N 8.- P. 963-970.

110. Zhoi J.L., Banks C.J. Fraktionation of humic acid components by ion exchange chromatography // Environ. Technol.-1990.-Vol.l.- N 12. P. 11471152.