Изучение транслокации тяжелых металлов и приемов их детоксикации в черноземной и дерново-подзолистой почвах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, кандидат сельскохозяйственных наук Эвембе Даниэль

• Эвембе Даниэль
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2002

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Эвембе Даниэль

Введение.

Обзор литературы.

1. Транслокация тяжёлых металлов в системе почва-растение.

1.1. Миграция и трансформация соединений тяжёлых металлов в почве.

1.2. Влияние тяжёлых металлов нарост и развитие растений.

1.3.Содержание тяжёлых металлов в растениях.

Экспериментальная часть.

2. Условия проведения опытов, объекты и методы исследовани

2.1. Опыт на выщелоченном чернозёме.

2.2. Опыт на дерново-подзолистой почве.

Результаты исследований.

3. Транслокация тяжёлых металлов в загрязнённом агроценозе на выщелоченном чернозёме.

3.1. Изменение основных агрохимических свойств чернозёма, загрязнённого тяжёлыми металлами.

3.2. Влияние тяжёлых металлов на а урожай картофеля на чернозёме.

3.3. Тяжёлые металлы и качество урожая.

4. Транслокация тяжёлых металлов в загрязнённом агроценозе на дерново-подзолистой почве.

4.1. Влияние агрохимических приёмов на свойства дерново-подзолистиой почвы.

4.2. Влияние тяжёлых металлов и агрохимических приёмов на урожайность картофеля.

4.3.Транслокация тяжёлых металлов в почве при выращивании картофеля.

4.4. Влияние агрохимических приёмов на аккумуляцию тяжёлых металлов растениями картофеля.

Выводы.

Рекомендации производству.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение транслокации тяжелых металлов и приемов их детоксикации в черноземной и дерново-подзолистой почвах»

В последние десятилетия на геохимических картах многих регионов Российской Федерации появились новые геохимические аномалии, единственной причиной которых является техногенная деятельность человека. Аномалии проявляются во всех компонентах ландшафта, но особое значение имеют биогеохимические аномалии, так как одним их важнейших факторов воздействия на организм человека является влияние загрязнения через продукты питания. Охрана окружающей среды от загрязнения стала насущной задачей общества, прежде всего в странах с высокоразвитой индустрией. Среди многочисленных загрязнителей особое место занимают тяжелые металлы.

В отдельных индустриально развитых регионах объемы и темпы техногенного загрязнения окружающей среды настолько возросли, что потребовалось принятие специальных программ по охране природы. В разработанной ООН программе по окружающей среде включены вопросы мониторинга природной среды в целях раннего предупреждения о наступающих естественных или антропогенных изменениях, которые могут причинить вред здоровью или благополучию людей.

Основными источниками техногенного загрязнения природной среды являются загрязнение почвы токсичными соединениями и элементами промышленного производства и транспорта с последующим попаданием их в растения, а также загрязнение атмосферного воздуха токсическими химическими веществами. Процесс оседания газопылевых выбросов может также происходить с атмосферными осадками, в которых некоторые тяжелые металлы находятся в растворимой форме. Поэтому изучение вопроса влияния тяжелых металлов на урожайность сельскохозяйственных культур и его качество в последние годы приобретает особое значение в связи с загрязнением почвенно-растительного покрова антропогенными выбросами промышленных предприятий, транспортом и коммунальными отходами. Практически отсутствуют сведения о накоплении, миграции и трансформации тяжелых металлов в разрезе отдельных почвенных типов и видов сельскохозяйственных культур, особенно овощных.

Цель исследований. Целью наших исследований является изучение транслокации тяжелых металлов в чернозёме и дерново-подзолистой почве, поступление их в клубни и ботву картофеля, влияния минеральных, органических и известковых удобрений на подвижность и доступность тяжёлых металлов растениям картофеля.

В связи с поставленной целью были решены следующие задачи:

1. Изучить динамику содержания и степени трансформации тяжёлых металлов в выщелоченном черноземе и дерново-подзолистой почве.

2. Изучить влияние тяжёлых металлов на урожайность и качество картофеля на этих почвах.

3. Определить воздействие навоза, дефеката, извести при раздельном и совместном применении на подвижность тяжёлых металлов в почве.

4. Исследовать изменения агрохимических свойств почв под действием тяжёлых металлов, удобрений и мелиорантов.

Практическая значимость. Практическая значимость результатов исследований состоит в выработке рекомендаций по выращиванию картофеля на загрязнённых тяжёлыми металлами чернозёмных и дерново-подзолистых почвах.

Научная новизна работы. Впервые проведено сочетанное изучение транслокации тяжёлых металлов в дерново-подзолистой и чернозёмной почве при выращивании картофеля. Исследовано влияние местных известковых удобрений, навоза и их совместного применения с минеральными удобрениями на накопление кадмия, свинца, цинка и меди в клубнях и ботве картофеля.

Апробация работы. Результаты работы были доложены на конференциях молодых ученых в Московской сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (декабрь 1999 г.), в Санкт-Петербурге (март 1999 г.) и Суздале (июль 2000 г.). По теме диссертации опубликовано 2 работы.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1. ТРАНСЛОКАЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В СИСТЕМЕ ПОЧВА - РАСТЕНИЕ

Научно-технический прогресс второй половины XX века, способствовавший интенсивному освоению природных ресурсов, в том числе и сельскохозяйственных, с одновременным ростом технического оснащения современного производства сопровождается отрицательным воздействием промышленности, транспорта и сельского хозяйства на природные комплексы. Наряду с малозаметными временными техногенными воздействиями на природные комплексы возникают современные техногенные новообразования, в которых полностью (или частично на первых этапах) нарушены и видоизменены сложившиеся природные связи и взаимоотношения компонентов существовавших ранее природных экосистем.

Считается, что среди химических элементов тяжелые металлы являются наиболее токсичными. Приоритетными загрязнителями считается ртуть, свинец, кадмий, мышьяк, цинк главным образом потому, что техногенное их накопление в окружающей среде идет высокими темпами.

Источник тяжелых металлов в незагрязненных почвах - горные породы, на продуктах выветривания которых сформировался почвенный покров. При выветривании коренных пород тяжелые металлы сохраняются в рыхлых образованьях, изменив форму и место присутствия. Главными носителями тяжелых металлов становятся вторичные минералы, гидрооксиды и оксиды полуторных элементов.

Между регионами Земли наблюдается весьма существенные различия по некоторым элементам. Из этого следует, что использование данных о среднем содержании тяжелых металлов в почвенном покрове вообще в качестве фоновых при работе с конкретными загрязненными почвами, будет не правильным. Необходимо привлекать аналитические данные локальных незагрязненных почв (Ильин, 1991).

Основным источником техногенного загрязнения окружающей среды являются промышленные выбросы горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, ТЭЦ и автотранспорт.

Загрязнению подвергается не только земная поверхность, в частности почвенный покров, но и атмосфера. В атмосфере постоянно присутствуют тяжелые металлы в форме ионов или в составе аэрозолей. Их количество за счет техногенных выбросов постоянно растет.

В.Г. Минеев (1993) отмечал, что загрязнение почвы в районах промышленных выбросов предприятий черной металлургии свинцом в 3, а цинком в 2 раза больше, чем на незагрязненных почвах. В этих условиях аккумуляция тяжелых металлов сельскохозяйственными растениями в 1,5 - 2,0 раза превышала их предельно допустимые концентрации (ПДК). Выбрасываемые в воздух промышленными предприятиями соединения металлов в виде пыли оседают на почву, растения на расстоянии 10-40 км от источников загрязнения. В почвах (чернозем) и растениях (пшеница, картофель) в зоне предприятий Западно-Сибирского региона отмечается ежегодное накопление свинца с превышением ПДК в почвах в 2,0 - 5,4 раза, в растениях в 1,5 - 2,8 раза. Максимальная концентрация свинца наблюдалась за 3 год наблюдения в районе наибольшего распространения пылевых аэрозолей с учетом розы ветров в почве 54 мг/кг против 20 мг/кг, в растениях - 2,8 мг/кг против 1 мг/кг по сравнению с первым годом.

Значительное загрязнение окружающей среды, в том числе, и сельскохозяйственных полей, отмечается в зоне действия предприятий цветной металлургии. За счет выбросов в почвенном покрове накапливается много цинка, свинца, меди, кадмия. Наибольшее загрязнение наблюдается в радиусе 3 - 4 км от предприятия-загрязнителя.

Как результат техногенного загрязнения почвенно-растительной среды следует отметить выпадение кислотных дождей, которые попадая в почву, повышают ее кислотность, растворимость тяжелых металлов, а следовательно, их доступность для растений.

Все это говорит о возросшей нагрузке на почву техногенного загрязнения, что требует комплексного исследования и принятия мер для устранения этого негативного воздействия на природную среду.

Увеличение содержания тяжелых металлов в почве ведет к возрастанию их концентрации в растениях. Проникая в избытке в растительные организмы, тяжелые металлы подавляют ход метаболических процессов, тормозят развитие, снижают продуктивность. В.Г. Минеев (1993) считает, что в основе токсического влияния тяжелых металлов на растения, лежит их денатурирующее действие на метаболические важные белки. Так как каталитическая и регуляторная роль белков для метаболической системы организмов является всеобъемлющей, нарушения могут затрагивать самые различные звенья обмена. Так возможен переход фосфора в недоступную для метаболизма форму труднорастворимых фосфатов тяжелых металлов, а также конкуренция тяжелых металлов с необходимым элементом минерального питания.

Содержание тяжёлых металлов в растениях одного вида варьирует в широких пределах, где максимальное количество превышает минимальное в 20-40 раз. Накопление тяжёлых металлов в растительной массе в количестве, превышающем фон в 2 - 4 раза, еще не вызывает негативных последствий или же они очень незначительные (Алексеев, 1987; Ильин, 1991).

Как отмечают Ю.В. Алексеев (1987), В.Б. Ильин (1991), тяжёлые металлы распределяются по органам растений неравномерно. В большем количестве они накапливаются в стеблях и листьях, в меньшем - в органах запасания ассимилянтов. Содержание тяжелых металлов в разные фазы развития растений может различаться в 2 - 3 раза. Высокое содержание тяжелых металлов в почве действует угнетающе на все виды растений, несмотря на обладание ими защитными механизмами неспецифической природы, позволяющими адсорбировать ионы на стенках клеток, перекачивать в вакуоль, образовывать комплексные соединения.

В.Г. Минеев (1989, 1993), Б.А. Ягодин (1989) и другие отмечают неодинаковую степень поглощения тяжелых металлов из загрязненных почв отдельными культурами. Наибольшей способностью к накоплению металлов обладают овощные, меньшей - технические и зерновые культуры. Капуста и томаты, имеющие более мощную корневую систему, поглощают больше металлов, чем зерновые. Однодольные растения более толерантны, чем двудольные. Такие элементы, как никель и кадмий, легко поступают в растение и концентрируются в вегетативной массе. Ртуть в высших растениях обычно содержится в незначительных количествах. Наибольшее содержание этого металла обнаружено в грибах, которые также способны накапливать и кадмий. Кадмий, цинк и галлий более доступны для растений, чем свинец, хром, ртуть. Доступность же меди и никеля зависит от погодных условий. Свинец оказывает на растительные организмы угнетающее действие даже при сравнительно низких концентрациях. Содержание его в растениях на незагрязненной почве составляет в среднем 2-3 мг/кг сухой массы.

По данным В. Б. Ильина (1987) в результате деятельности цинкоплавильного завода в Сибири почвы оказались сильно загрязненными цинком, свинцом и кадмием. В радиусе до 1,5 км от предприятия-загрязнителя валовое количество цинка в почвах превышало ПДК в 4 - 10 раз, свинца в 2 - 4 раза, кадмия - в 4 раза. Содержание тяжелых металлов в продукции растениеводства сильно колеблется; максимальные концентрации цинка и кадмия выявлены почти во всех культурах. Это представляет экологическую опасность, ухудшает качество сельскохозяйственной продукции.

Судя по материалам, опубликованным Э.П. Маханько с соавторами (1985), в радиусе 1 км от источника загрязнения на почве оседает тяжелых металлов 1- 3% от общего количества в выбросах. Доля осевшего на почву цинка в радиусе 10 км от цинкоплавильного завода не превышает 10% от содержания металла в выбросах. Как отмечает Р.И. Первунина (1987), в пыли завода по выплавке свинца и цинка содержалось 51% свинца, 12% цинка и 1,5% кадмия.

По данным Б.А. Звонарева, Н.Г. Зырина (1981) загрязнение почв ртутью за счет выбросов предприятия цветной металлургии ограничивается расстоянием 5 - 6 км. Максимальная зона накопления этого металла заключена в пределах 0 - 3 км от источника загрязнения, где его накапливается до 2,4 мг/кг, что превышает примерно в 11 раз фоновое количество.

Исследованиями В.Г. Минеева (1993) установлено, что содержание меди в почвах Польши составляет 1,2 - 5,9 мг/кг, а в непосредственной близости от источников загрязнения ее количество возрастает до 16400 мг/кг. Распределение доступной меди в слое 0 - 10 см и 20 - 30 см примерно одинаковое и составляет 71 мг/кг. Несколько иное поведение цинка в почве. Накопление его в слое 0 - 10 см составляет 32-910 мг/кг в зависимости от нахождения загрязнителя, перемещение его по профилю почвы в отличие от меди незначительное.

Серьезным загрязнителем окружающей среды является ТЭЦ. Помимо значительного загрязнения атмосферы вредными газами и пылью на ТЭЦ ежегодно образуются около 100. млн. тонн золы, шлаков, отвалы которых занимают около 140 тыс. га природных сельскохозяйственных угодий. В составе золы практически имеются все техногенные металлы.

Как отмечают В.Л. Большаков (1991), В.Г. Минеев (1993), в результате работы предприятий металлургической промышленности на поверхность почвы ежегодно поступает не менее 154650 т меди, 121500 т цинка, 8900 т свинца, 12000 т никеля, 765 т кобальта, 1500 т молибдена, 30 т ртути. Вследствие сжигания угля и нефти на поверхность земли поступают ежегодно 1600 т ртути, 3600 т свинца, 2100 т меди, 7000 т цинка, 3700 т никеля. С выхлопными газами транспортных средств на земную поверхность попадают 260 тыс. т свинца в год, или в 3 раза больше, чем всеми металлургическими предприятиями.

В монографии В.В. Ильина (1991) отмечено, что в связи с техногенным воздействием в ФРГ наиболее сильно загрязняются сады и луга. В Японии выявлено значительное загрязнение почв кадмием: на 9,5% площадей рисовых полей и на 7,5% площадей садов содержание этого металла превысило допустимую норму. Всего же кадмием загрязнен каждый пятый гектар сельскохозяйственных угодий. Источником сильного загрязнения почв могут стать осадки сточных вод промышленных городов, обычно содержащие большое количество тяжелых металлов. Загрязнение осадками сточных вод в разных странах неодинаковое, что зависит от специфики городского промышленного комплекса, применяемого сырья и технологий.

В Российской Федерации уровень загрязненности осадками сточных вод в разных регионах существенно различается, что показано в работах Ю.В. Алексеева (1986), В.В. Ильина (1991) и других. Авторы отмечают, что насыщенность осадков тяжелыми металлами в крупных городах приближается к уровню, наблюдаемому в индустриальных странах Запада.

В изложенных выше материалах приводились данные о валовом содержании тяжелых металлов. Однако в природоохранных и санитарно-гигиенических целях не меньшее значение имеют их подвижные формы. В то же время очень мало сведений о содержании в почвах подвижной формы свинца, кадмия, хрома, ртути и других элементов. Доля воднорастворимой формы невелика, однако при сильном загрязнении абсолютное количество воднорастворимых тяжелых металлов становится самостоятельным экологически опасным фактором.

К источникам загрязнения растительности относится автотранспорт. Территория, загрязненная им примыкает к автомагистралям и представляет собой полосы шириной 50 - 200 м. Опасность такого загрязнения для сельскохозяйственных культур возрастает в зависимости от потока автотранспорта, особенно в густонаселенных районах.

Е.М. Никифоровой (1975) установлено, что в органах запасания ассимилянтов сельскохозяйственных культур (зерно пшеницы и ячменя, клубни картофеля) в придорожной зоне автомагистрали Москва -Ленинград содержалось свинца от 0,8 до 4,6 мг/кг сухой массы, или в 5 -10 раз больше, чем в тех же культурах на незагрязненной территории.

В работе А.С. Ивановой (1987) показано, что при значительном накоплении меди в почвах садов негативного влияния на качество плодов не наблюдалось.

Как было отмечено выше, крупным источником загрязнения почв тяжелыми металлами могут стать осадки сточных вод. В. Б. Ильин (1993) приводит пример опасного загрязнения почв токсикантами в окрестностях Мюнхена, когда при неупорядоченном использовании осадка на местных почвах растительная продукция была недопустимо загрязнена кадмием.

Применение высоких доз шламов (250 - 450 т/га) очень опасно с гигиенической точки зрения; содержание кадмия в листьях кукурузы увеличилось в 15 раз, в зерне - в 4 раза. Дозы осадка сточных вод (ОСВ), равные 5-10 т/га, рекомендованы для внесения под зерновые культуры и в лесоводстве (Покровская, Касатиков, 1987). Как считает В.Б. Ильин (1991), использование ОСВ в качестве органического удобрения, богатого основными элементами минерального питания, остается проблематичным из-за высокого содержания тяжелых металлов.

Известно, что уровень содержания химических токсикантов в растениях в определенной мере коррелирует с их количеством в почве, поэтому считается наиболее целесообразным осуществлять нормирование тяжелых металлов в почве, с тем, чтобы гарантировать получение экологически чистой продукции.

В основе имеющихся сейчас разработок ПДК положены сведения о валовом содержании тяжелых металлов в почве. В настоящее время в ФРГ проведено ужесточение существующих в стране нормативов: цинк - до 200, медь - 60, никель - 50, кадмий - 2 мг/кг почвы.

Вопросами нормирования концентрации тяжелых металлов в почвах занимался ряд исследователей (Большаков, 1991; Зырин, 1985; Ильин, 1985, 1986; Кузнецов, 1995,1998; Овчаренко и др., 1997). В качестве ПДК тяжелых металлов в почве имеется несколько вариантов. Так, В.П. Цемко (цитируем по Ильину, 1991) допускает увеличение содержания тяжелых металлов в почве до уровня 2-х кларков. Однако ориентация на кларки малоперспективна, поскольку в данном случае исчезают локальные особенности химического состава объекта исследования. Последнее учтено в работе Э.П. Махонко (1985) , в которой в качестве ПДК предлагается удвоение местного фонового содержание тяжёлых металлов в почве. При столь жестком контроле должны сохранится все важнейшие свойства почв , её естественное плодородие. Подход к нормированию загрязнения по валовому содержанию тяжелых металлов в почве следует рассматривать как сугубо ориентировочный.

Более объективную оценку загрязнения можно получить при определении в почве содержания подвижной формы тяжелых металлов (Зырин, 1985; Ильин, 1991; Важенин, 1982 и другие). Ряд авторов (Алексеев, 1987; Ильин, 1991; Кузнецов и др., 1988; Минеев, 1989; Юдинцева, 1988 и др.) отмечает, что на почвах, загрязненных тяжелыми металлами наблюдается значительное снижение урожайности и ухудшение качества продукции. Урожайность зерновых культур на таких почвах снижается на 20-30%, сахарной свеклы - на 35, бобовых - на 40, картофеля - на 47%. Отрицательное влияние тяжелых металлов усиливается при недостатке какого-либо фактора развития растений или при их выращивании в экстремальных условиях. Так, при внесении под картофель 30 кг/га меди, марганца и цинка урожай клубней снизился на 15%, а в засушливом году в 2-3 раза по сравнению с контролем, а содержание этих элементов в клубнях возросло в 4 - 5 раз.

Внесение в дерново-подзолистую почву кобальта в количестве 2550 мг/кг не привело к снижению урожая зерна и соломы пшеницы. При загрязнении почвы кадмием урожай зерна пшеницы снижался по сравнению с контролем при дозе 70 мг/кг на 34%, при дозе 140 мг/кг - на-90%, причем репродуктивные органы отличались повышенной чувствительностью по сравнению с вегетативными. При выращивании пшеницы на почве с внесенным кобальтом в дозах 25 и 50 мг/кг содержание металла в зерне в 2 и 5 раз превышало контрольные показатели. Загрязнение почвы кадмием в дозах 70 и 140 мг/кг приводило к более существенному увеличению его в зерне - в 68 и 154 раза больше по сравнению со значениями ПДК (Юдинцева, 1988).

Исследованиями В.Г. Минеева (1989) установлено, что при внесении больших доз свинца (125 мг/кг), цинка (300 мг/кг) и кадмия (20 мг/кг) на слабоокультуренной дерново-подзолистой почве, одинарные и двойные дозы на хорошо окультуренной почве приводили к резкому повышению в ней подвижных форм этих элементов; на слабоокультуренной почве - в 10 - 12 раз больше значений ПДК. Изменение содержания подвижных форм тяжелых металлов в почве оказывало соответствующее действие на рост растений, их урожай и химический состав. Внесение в почву цеолита заметно снижало содержание тяжелых металлов в растениях земляники: свинца - в 1,5 раза, кадмия - в 15 раз. На хорошо окультуренных почвах цеолит заметно снижал поступление свинца и цинка в соломе ячменя, практически не оказывал действия на содержание кадмия.

В зонах, испытывающих интенсивное техногенное воздействие на почву и растения, необходимо совершенствовать специализацию земледелия, вести тщательный подбор культур и сортов с повышенной устойчивостью к загрязняющим тяжелым металлам (Ильин, 1991; Минеев, 1993).

В.М. Плесцов (1991) рекомендует овощные культуры, сеяные травы, луга и пастбища размещать только с наветренной стороны от источников загрязнения. На угодьях, расположенных в зоне активного загрязнения, необходимо выращивать корне-, клубнеплоды, технические и зерновые колосовые.

Почвы, содержащие токсические элементы в концентрациях (мг/кг): цинк - 200, свинец - 20, хром - 100, никель - 50, ванадий - 50. кадмий - 3, кобальт - 50, медь - 100, молибден - 5 должны отводиться под устойчивые к токсическому воздействию технические и зерновые колосовые культуры (Минеев, 1993).

В.Б. Ильин (1991)считает, что для разработки комплекса агроприемов, предотвращающих накопление тяжелых металлов в растениеводческой продукции, необходимо знать условия, способствующие их усиленному поглощению растениями. Общими условиями, снижающими накопление тяжелых металлов растениями из почвы, являются: снижение кислотности почв, известкование кислых почв, повышение содержания гумуса, оптимизация минерального питания, утяжеление гранулометрического состава, поддержание положительного баланса гумуса за счет внесения навоза и других органических удобрений, широкое применение цеолитов, ионообменных смол и других инактиваторов. Применение полного минерального удобрения, навоза и дефеката, как мелиоранта на кислых почвах, способствует заметному повышению почвенного плодородия, урожайности культур, снижению накопления тяжелых металлов в растениеводческой продукции, уменьшению потока токсикантов из почвы в растительный организм.

Таким образом, из приведенного выше обзора литературных источников видно, что в определенных условиях тяжелые металлы способны накапливаться в значительных количествах в почвах и растениях, что приводит к снижению урожая культур, его качества, концентрации токсичных металлов в растениеводческой продукции, создавая реальную угрозу всему живому - растениям, животным, человеку. Для предотвращения этих негативных последствий необходимо проводить комплекс агротехнических и природоохранных мер на строго научной основе.

Заключение диссертации по теме «Агрохимия», Эвембе Даниэль

выводы

Проведенное сравнительное изучение действия известкования и применения удобрений на транслокацию кадмия, свинца, цинка и меди на чернозёмной и дерново-подзолистой почвах показало:

1. Внесение известковых удобрений и навоза положительно влияет на химические показатели почвы и способствует уменьшению подвижности тяжелых металлов. Одностороннее применение минеральных удобрений увеличивает подвижность металлов. Как в чернозёмной, так дерново-подзолистой почвах подвижность металлов уменьшалась в ряду: Cd>Zn>Pb>Cu.

2. При загрязнении почвы кадмием, свинцом, цинком и медью их концентрация в растениях картофеля превышает установленные нормативы. Применение извести и навоза позволяет снизить ее в 2-8 раз. Внесение NPK увеличивает содержание тяжелых металлов в изученных культурах.

3. На чернозёме выщелоченном в год внесения тяжелых металлов в вегетационный период в пахотном горизонте уменьшается содержание обменного калия с 191 до 173 мг/кг, гумуса - с 6.2 до 6.1%, микроэлементов - бора, меди, увеличивается содержание поглощенных кальция, магния, рН водной суспензии. Такая же закономерность сохраняется для подпахотного горизонта. В осенний период в пахотном горизонте накапливаются такие тяжелые металлы как кадмий - до 7.0 мг/кг, свинец - 117.9, цинк - 140.б,медь -89.9 мг/кг, что составляет 11.7 ПДК кадмия, 3.9 ПДК свинца. 1.4 ПДК цинка, 1.6 ПДК меди.

На второй год опыта за вегетационный период накапливается подвижный фосфор, обменный кальций и магний, снижается содержание бора, молибдена, марганца и меди. В конце вегетации в пахотном горизонте почв отмечается незначительное накопление кадмия. Содержание свинца, цинка и меди ниже их допустимых концентраций.

4. Тяжелые металлы, внесенные в почву, не снижают урожайность картофеля. В год последействия тяжелых металлов лишь варианты NoqPsoK,» + тяжелые металлы + навоз, NeoPeoKeo + тяжелые металлы + навоз + дефекат, N120 Р120 К120 + тяжелые металлы дают высокие устойчивые прибавки урожая картофеля.

5. Тяжелые металлы оказывают значительное влияние на качество урожая, резко повышая концентрацию их в клубнях картофеля как на чернозёме, так и дерново-подзолистой почве, особенно кадмия и свинца. В последействии тяжелых металлов только содержание кадмия во всех вариантах опыта было выше установленных ПДК.

6. Ботва картофеля проявляет меньшую толерантность к тяжелым металлам и большее их накопление по сравнению с клубнями.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

На чернозёмной и дерново-подзолистой почвах применение дефеката, извести и органических удобрении являются эффективным способом повышения урожайности и снижения тяжёлых металлов в клубнях картофеля.

Клубни картофеля, полученные нпосредственно после загрязнения территории тяжёлыми металлами, не рекомендуется использовать для пищевых целей, но можно использовать для производства крахмала или спирта.

Дефекат и известь рекомендуется вносить под предшествующую культуру.

Наземную массу картофеля, выращенного на загрязнённой тяжёлыми металлами территории нельзя использовать на корм скоту, а необходимо утилизировать путём закапывания глубоко в землю в местах. не используемых для выращивания сельскохозяйственных культур, особенно овощных растений.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Эвембе Даниэль, 2002 год

1. Агроклиматические ресурсы Ивановской области. Д.:

2. Гидрометеоиздат. 1971. 160 с.

3. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. Ленинград: ВО Агропромиздат, 1987. 140 с.

4. Анталова С., Моцик А., Пинский Д.Л., Душкина Л.Н. Исследование поведения кадмия в системе почва-растение в полевых экспериментах // Поведение поллютантов в почвах и ландшафтах,- Пущино, 1990,- С.90-97.

5. Аржанова B.C., Елпатьевский П.В. Миграция микроэлементов в бурых горно-лесных почвах// Почвоведение. 1979. № 11. С. 51-60.

6. Бингам Ф.Т., Пера Ф.Д., Джерелл У.М. Токсичность металлов сельскохозяйственных культурах // Некоторые вопросы токсичности ионов металлов. Москва: Мир, 1993. С. 101-130.

7. Большаков В.А. и др. Тяжелые металлы в окружающей среде и охрана природы. // Матер, 2-й Всесоюзной конф., 28-30 дек., 1987. Ч 1-М., 1988. С. 201-203

8. Варшал Г.М., Кощеева И.Я., Сироткина И.С., Велюханова Т.К., Инцкирвели Л.Н., Замокина Н.С. Изучение органических веществ в поверхностных водах и их взаимодействие с ионами металлов // Геохимия.1979. №9. С. 598-607.

9. Воробьева JI.A., Рудакова Т.А. Об уровне концентраций некоторых химических элементов в природных водных растворах. // Почвоведение.1980. №3. С. 50-58.

10. Вредные химические вещества. Неорганические соединения элементов 1-IV групп. / Под ред. В.А. Филонова. Л.: Химия, 1988. 512 с.

11. Гармаш Н.Ю. Влияние тяжелых металлов на величину и качество урожая сельскохозяйственных культур / Автореф. дисс. на соиск. уч. степ, канд. биол. наук. Новосибирск, 1986. 18 с.

12. Горбатов B.C. Трансформация соединений и состояние цинка, свинца икадмия в почвах/ Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук.-Москва:МГУ.-1983.-24с.

13. Григорьева Т.Н. Переход свинца из почвы в растение как один из критериев гигиенического нормирования // Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах: Труды 2-го Всесоюзного совещания. Обнинск,1977. С.203-207.

14. Добродеев О.П. Особенности биогеохимии тяжелых металлов верховых болот. Тр. Биогеохим. лаб. Ин-т геохимии и анал. химии АН СССР, 1990, т. 21, С. 53-61.

15. Державин JI.M. Роль интегрированного применения средств химизации в улучшении агроэкологии почв// Агроэкологические проблемысельскохозяйственного производства в условиях техногенного загрязнения агроэкосистем. Казань: Изд-во КГТУ, 2001. С.87 89

16. Звонарев Б. А., Зырин Н.Г. Закономерности распределения ртути в почвах вблизи источника загрязнения. // Почвоведение , 1981 , №4.

17. Зубкова В.М., Зубков Н.В., Кореннова О.Н. Влияние загрязнения почв тяжелыми металлами на урожай и качество некоторых культур вусловиях

18. Ярославской области/УМатер. Науч.-практ. конф21-24 дек. 1992.

19. Зырин Н.Г., Каплунова Н.Е. и др. Нормирование содержания тяжелыхметаллов в системе почва-растение. // Химия в сельском хозяйстве, 1985. №6. С. 45-48. .

20. Иванов Г.М. Биогеохимия микроэлементов в ландшафтах Западного Забалькалья. Почвенные ресурсы Забайкалья. Новосибирск, 1989. С. 115122.

21. Иванов Г.М. Микроэлементы в почвах степных и луговых ландшафтов. Микроэлементы в биол. и их применен, в с.-х. и мед.: Тез. Докл.2-й Всес. конф., Самарканд, 1990. Самарканд, 1990, С. 156-157.

22. Ильин В.Б. К экологии промышленных городов // Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. Москва: МГУ, 1994. С.42-48.

23. Ильин В.Б., Гармаш Г.А. Поступление тяжелых металлов в растения при повышенном содержании в почве // Известия СО АН СССР, 1981. Сер. биологических наук. Вып. 10. С.49-56.

24. Ильин В.Б., Степанова М.Д. Защитные возможности системы почва-растение при загрязнении почвы тяжелыми металлами. // Тяжелые металлы в окружающей среде. М., 1980,- С.80-85.

25. Ильин В.Б. К вопросу о разработке предельно допустимых концентрации тяжёлых металлов в почвах.// Агрохимия, 1985, №10. С.94-101.

26. Ильин В.Б. О нормировании тяжеллых металлов в почве// Почвоведение, 1986, №9. С. 87-95.

27. Ильин В.Б. Тяжёлые металлы в системе почва- растение. Новосибириск, Изд-во «Наука». 1991. 151 с.

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

29. Кириллюк В.П. Генетические и технологические аспекты накопления свинца в виноградном агроценозе и пути,его регулирования. Плодородие почв и пути его воспроизводства. Кишинев, 1987. С. 33-42 .

30. Ковда В.А., Якушевская И.В., Тюрюканов А.Н. Микроэлементы в почвах

31. Советского Союза. М., 1959. 67 с.

32. Колосов Н.И. Поглотительная способность корневых систем растений. М., 1962.86 с.

33. Лебедева Л.А., Амельянчик О.А., Лебедев С.Н. и др. Биологические свойства дерново-подзолистой почвы, загрязненной тяжелыми металлами II Тяжелые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. М.: МГУ, 1994. С. 202-211.

34. Лурье А.А. Хроматографические материалы (справочник). М.: Химия, 1978.440 с.

35. Лях Т.Г. Содержание и распределение подвижных форм микроэлементов в эродированных почвах. Мелиор. и химиз. землед. Молдавии. Тез. докл. респ. конф., 11-12 июля, 1988, Ч. 1. Кишинев, 1988. С.113-114.

36. Маханько Э. П., Малахов С. Г., Вертинская Г. К. Опыт исследования загрязнения почв металлами вокруг металлургических предприятий// Труды Института экспериментальной метеорологии. М.: Гидрометеоиздат ,1985 , вып. 13 (128 ).

37. Минеев В.Г., Кочетавкин А.В., Нгуен Ван Во. Использование природныхцеолитов для предотвращения загрязнения почвы и растениий тяжёлыми металлами// Агрохимия, 1989 , №8. С. 25-36.

38. Минеев В.Г., Дебрецени В., Мазур Т. Биологическое земледелие и минеральные удобрения. М.: Колос . 1993. 415 с.

39. Никифорова Е. М. Загрязнение природнной среды свинцом от выхлопных газов автотранспорта// Вестник МГУ, серия географ. ,1975 , №3. С.8.13.

40. Овчаренко М.М. Тяжелые металлы в системе почва растение -удобрение// Химия в сельском хозяйстве. 1995. .№ 4. С. 8-16.

41. Овчаренко М.М., Шильников И.А. и др. Тяжелые металлы в системе почва растение - удобрение. М., 1997. 290 с.

42. Оксенгендлер Г.И. Яды и организмы: проблемы химической опасности. СПб., Наука, 1991. 320 с.

43. Опекунова М.Г. Особенности накопления цинка, марганца и железа

44. Salvia stepposa при различном уровне меди в среде обитания // Труды 7-йконференции молодых ученых ботанического института АН СССР. J1., 1985. С. 127-134.

45. Панасин В.И. Микроэлементы и урожай. Калининград, 1995. 281 с.

46. Первунина Р. И., Зырин Н. Г., Махалов С.Г. Показатели загрязнения системы почва сельскохозяйственные растения кадмием// Труды Института экспериментальной метеорологии. М.: Гидрометеоиздат,1987 , вып. 14 (129).

47. Першикова Г.В. Закономерности содержания и распределения свинца и кадмия в почвах и породах Сихотэ-Алиньского биосферного заповедника. Труды 7-й научой конференции молодых учёных факультета почвоведения МГУ 28-30 января 1985. М.: МГУ, 1987. С. 164-168.

48. Плесцов В.И. Продуктивность агроценозов в условиях загрязнения тяжёлыми металлами// Химизация сельского хозяйства. 1991.№ 5. С.30-36.

49. Пищулина H.JT. Влияние тяжелых металлов на растения // Изучение, охрана и рациональное использование природных ресурсов. Т. 2. Уфа,1989.С. 27-30.

50. Покровская С.Ф., Касатиков В.А. Использование осадка городских сточных вод в сельском хозяйстве (Обзор). М., ВНИИТЭИагропром, 1987. 58 с.

51. Полевой В.В. Физиология растений. М.: Высшая школа, 1989. 464 с.

52. Протасова Н.А., Щербакова А.П., Копаева М.Т. Редкие и рассеянные элементы в почвах Центрального Черноземья. Воронеж: Изд-во Воронежского ун-та, 1992. 168 с.

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

54. Сизов А.П., Хомяков Д.М., Хомяков П.М. Проблемы борьбы с загрязнением почв и продукции растениеводства. Москва: МГУ, 1990. 51 с.

55. Сливинская Р.Б. Нарушение водного баланса растений под действием тяжелых металлов // Тезисы докладов 2-го съезда Всесоюзного общ-ва физиологов растений. Минск.1992. Ч. 2. С. 192.

56. Соколов М.С. Возможности получения экологически безопасной продукции растениеводства в условиях загрязнения агросферы. // Агрохимия, 1995. № 6. С. 107-125.

57. Стрнад В., Золотарева В.Н. Взаимодействие фульватных комплексов свинца, кадмия, меди и цинка с минералами и почвами// Экологическая кооперация. 1988. № 1. С. 53-55.

58. Тойкка М.А. Уровень токсичности тяжелых металлов. // Микроэлементы в биосфере Карелии и сопредельных районов. Петрозаводск, 1981. С. 49-54.

59. Фокин А.Д. Динамическая характеристика гумусового профиля почвы // Известия ТСХА, 1975. Вып. 4. С. 80-88.

60. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почве. М.: Изд-во МГУ, 1985. 205 с.

61. Цинк и кадмий в окружающей среде. М.: Наука, 1992. 200 с.67 .Чеботарева Н.А. Агроэкологическая оценка осадков сточных вод//

62. Достижение науки и техники АПК, 1998 N6. С. 18-19.

63. Черников В.А., Кончиц В.А. Роль водорастворимого органического вещества в миграции тяжёлых металлов/ Влияние химизации земледелия на содержание тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства". М.ЦИНАО, 1988. С. 76-82.

64. Черных Н.А., Ладонин В.Ф. Нормирование загрязнения почв тяжелыми металлами //Агрохимия. 1995. № 6. С. 71-80.

65. Школьник М.Я. Микроэлементы в жизни растений. Л.: Наука, 1974. 324 с.

66. Эмсли Д. Элементы. М.: Мысль, 1993. 256 с.

67. Юдинцева Е.В., Калашникова 3. В., Филипас А. С. Влияние повышенного содержания в почвах тяжёлых металлов на урожай яровой пшеницы и его качество// Агрохимия, 1988, №6.22-28.

68. Ягодин Б.А. Агрогеохимия и мониторинг состояния окружающейсреды. // Известия ТСХА, 1990. Вып. 5. С. 113-118.

69. Ягодин Б.А. и другие. Агрохимия. М.: Агропромиздат, 1989. 655 с.

70. Яшин И.М. Водорастворимые органические вещества почв таежной зоны и их экологические функции. Дисс. . д-ра биол. наук / ТСХА. М., 1993.491 с.

71. Alloway В. J., Jackson A.P. The behavior of heavy, metals in sewage sludgemended soil /Sci. total environ., 1991, 100, p. 151-176.

72. Andersson A. On the influence of manure and fertilizers on the distribution and amounts of plant-available Cd in soil. // Swedish J. agric. 6: 27-36, 1976.

73. Andersson A. On the distribution of heavy metals as compared to some other elements between grain size fraction in soils. // Swed. J. agric.Res.-1979. № 1. Vol. 9. P. 7-13.

74. Bergkvist B.O. Sofl solution chemistry and metal ludgest of spruce forest ecosystems in Sr Sweden. "Water, Air and-Soil Pollut"., 1987, 38, No 1-2, p. 131-154.

75. Bloomfield C., Kelso W.I., Pruden G. Reactions between metals and humified organic matter//! Soil Sci. 1976. Vol. 27. № 1. P. 16-31.

76. Cordero A., Chavaria A. Encalado de ultisoles en Costa Rica: II Aniones (P, B, S) у elementos menores cationicos (Ze, Cu, Zn, Mn). Tumalba, 1987, 37, Nol, 59-70.

77. Chaney R.L., Homick S.B. Accumulation and effect of cadmium conference // Metals bulletin Ltd. London, 1978. P. 125-140.

78. Cierber C.B., Leonard A., Jacquet P. Toxicity, mutagenicity and teratogenicity of lead. // Mutat. Res. 1980. Vol. 76. № 2. P. 115-141.

79. Donnelly J.R., Shane J.B., Schaberg P.G. Lead mobility within the xylem of red spmce seedlings: Implications for the development of pollution histories. // J. Environ. Qual. 1990. Vol. 19. № 2. P. 268-271.

80. Dupont J.C., Casale G., Kirchmann R. Cadmium contamination of Zea mays by root absorption. // Intern. J. Environ. Stud. 1980. Vol. 15, № 1. P. 33-40.

81. El-Hagy O.A., Lotfy A.A. et.al. Minimizing nutrients losses from sandy soils through some fertilizers polycrylamide combinations. Egypt J. Soil. ScL, 1986, 26, N Spec, issne. P. 129-143.

82. Elliott H.A., Linn J.H. Effect of calcium magnesium acetate on heavy metal mobility in soils. J. Environ. Qual., 1987, 16, N 3. P. 222-226.

83. Femandes J.C., Henriques F.S. Biochemical, physiological, and structural effect of excess copper in plants. // The Botanical Rev. 1991. Vol. 57. № 3. P. 246-273.

84. Gupta S., Haeni H. Easily extractable Cd content of a soil, its extraction Ser. agr., 1987, 26. P. 121-133.

85. Hodson J.F., Geermg'H.R., Norvell W.A. Micronutrient cation complexes in-soil solution. Soil Sci. Soc. Fmer. Poroc. 1965. V. 1, N 29, p. 665; 1966, v. 2, N 30, p.723.

86. Hovmand M. F., Tjell J. Ст, Mosbaek H. Plant uptake of airborne cadmium. / Environmental Pollution (Series A) 30 (1983) 27-38.

87. Jankauskaite M. et. al. Sunkinju metalu pasiskirstymas Kalvotu geosistemu dirvozemyje. "Геогр. ужегодник". Т. 22-23: Геоэкол. пробл. Вильнюс, 1986. С. 137-145.

88. Jochi L.C., Dhir R.P., Gupta B.S. Influence of soil parameters on DTPA extractable micronutrients in arid soils. Plant and Soil, 1983, 72, N 1. P. 31-38.

89. Kahle H., Bertela C„ Noack G., Roder U., Ruther P., Breckle S-W. Wirkungenvon Blei und Mineralstoffhaushalt von Buchenjungwuchs. // Allg. Forstz. 1989. B. 44. № 29-30. S. 783-788. л46. Keui M., Preda M. et. al. Blei-und

90. Cadmiumgehalte in Maispflanzen in Abhangigkeit vom Schwetallgehalt und der

91. Textur des Bodens. "Contrib. bot.Univ. Cluj-Napoca", 1987, 229-304.

92. Khan Samiyllah, Khan N. Nazar et al. Mobility of Cd, -Pb and Hg in soil as measured by thin layer chromatography. J. Indian Soc. Soil Sci., 1983, 31, N 2. P.325-327.

93. Komisarek J. et.al. Wplyw СаСОз па zawartos'c roznych form Cu, Zn i Pb wglebach skazomych. Pr. Komiss. nauk Rol. / J. Komiss. nauk les. / PTPN-1990 " (1991)- 69. C. 53-62.

94. Kovacs M., Podani J. Bioindication; a short review on the use of plants as indicators ofheavy metals //"Acta Biologica Hungarica. 1986. No 1. Vol. 37. P. 19-29.

95. McBride M.B., Blasiak J.J. Zinc and copper solubility as a function of pH in an acid soil. Soil Sci. Soc. Am. J„ 1979, N 43. P. 866.

96. Otero L. et al. higluencia de los licores de Moa en el agua de drenaje al apicarse en suelos corbonatados. Cienc. agr., 1987, N 30. P. 102-105.

97. Pilegaard Kirn. Heavy metal uptake from the soil in four seed plants. // Bot. tidsskr. 1978. Vol. 73, N 3/4. P. 167-176.

98. Riffaldi R., Levi-Minzi R. Adsorption and desorption of Cd on humic acid fraction of soils. // Water, AirAand Soil Pollut. 1975. Vol. 5, N 2. P. 179-188.

99. Rums L., Chaney R.L. Health risks assotiated with toxic metals in municipal sludge // Sludge-health risks of landAapplication. Ann. Arbor. Science Publisn5rs7 1980. P. 59-83.

100. Simmard R.R., Evans L.J„ Bates Т.Е. The effects of additions of СаСОз and n the soil solution chemistry of a Podzolic soil / Can. J. Soil Sci., 1988, 68, N 1.1. P. 41-52;

101. Sommers L.E. Toxic metals in agricultural crops // Sludge-health risks of land application. Ann. Arbor. Science Publishers, 1980. P. 105-140. ;

102. Stevenson F.J. Nature of divalent transition metal complexes of humic acids asrevealed by a modified potentiometric titration method / Soil Sci. 1977. Vol.123. №1. P. 10-17.

103. Syvalanti J. The role of mineral elements in soils and crops in Finland. II. The effect of fertilization on the mineral content and yield of cereals. // Phosph. Agr. 1980. Vol. 34, N 77. P. 12-16.

104. Tjell-TX:., Hansen J.A., Cristensen Т.Н., and Hovmand M.F. Prediction of Cd concentration in Danish soils. Proc. Soc. European Symposium "Characterization, treatment, and use of sewage sludge". Vienna, October 21-23, 1980. P. 652-664.

105. Tomasevic M., Bogdanovic M., Stojnovic D. Influence of lead on somephysiological characteristics of bean and barley. // Period. Boil. 1991. Vol. 93. №2. P. 337-338.

106. Van Bruwaene, Kirchmann R., Impens R. Cadmium contamination in agriculture and zootechnology // Experientia. 1984. Vol. 40. No 1. P. 4354.

107. Walsh L.M., Sumner M.E., Corey R.B. Consideration of soils for accepting plant nutrients and potentially toxic nonessential elements // Land application of waste materials.- Ankeny.LA—Soil, conserv. Soc. Am., 1976. P-22-47.

108. Westbroek P. The impact of life on the planet Earth: some general considerations. // Changing the global environment. Academic press, 1992. P. 35-48.