О трансформации тяжелых металлов в пахотном слое чернозема выщелоченного Западного Предкавказья

Размещено на http://www.allbest.ru/

О трансформации тяжелых металлов в пахотном слое чернозема выщелоченного Западного Предкавказья

Гайдукова Нина Георгиевна, к. х. н., доцент

Кошеленко Наталья Александровна, старший преподаватель

Макарова Ирина Николаевна, студент

Кубанский государственный аграрный

университет, Краснодар, Россия

В работе представлены результаты исследований влияния длительного применения минеральных и органических удобрений на подвижность тяжелых металлов в черноземе выщелоченном Западного Предкавказья. Внесение удобрений не оказывает существенного влияния на содержание подвижных форм марганца, меди, цинка, кобальта, свинца и кадмия в пахотном слое почвы

Ключевые слова: МОНИТОРИНГ, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, ПОДВИЖНЫЕ ФОРМЫ, ЧЕРНОЗЕМ ВЫЩЕЛОЧЕННЫЙ

Сохранение плодородия почв и получение качественной и безопасной для здоровья сельскохозяйственной продукции являются одними из наиболее важных и остро стоящих проблем в аграрном секторе.

Внесение органических и минеральных удобрений, применение средств защиты растений от вредителей и болезней - важные средства управления плодородием почвы и увеличением продуктивности земледелия. Однако высокие дозы удобрений и средств защиты растений могут быть причиной загрязнения почв различными токсичными веществами, в том числе и тяжелыми металлами 1, с. 274.

В данной работе представлены результаты исследований влияния различных агротехнологий на содержание подвижных форм марганца, меди, цинка, кобальта, свинца и кадмия в пахотном слое чернозема выщелоченного Западного Предкавказья. Подвижные соединения химических элементов представляют собой наиболее важную с точки зрения питания растений группу соединений. Соединения таких элементов, как марганец, медь, цинк, кобальт играют важную роль в жизни растений. Как микроэлементы, рассмотренные металлы участвуют в ферментативных, окислительно-восстановительных процессах, обмене углеводов и других биохимических процессах, протекающих в растительных и животных организмах.

Многочисленными исследованиями ученых разных стран определены оптимальные уровни содержания в почве подвижных форм этих элементов, необходимых для нормального развития растений (табл. 1). 2, с. 12

Таблица 1 - Уровни обеспеченности почв подвижными формами тяжелых металлов (мг/кг)

металл пахотный чернозем выщелоченный

Кадмий и свинец не входят в число необходимых для растений элементов, более того, они относятся к особо опасным элементам для растений и жизнедеятельности животных и человека.

Избыточное содержание тяжелых металлов (ТМ) в почве оказывает токсичное, вредное воздействие на растения. Поэтому требуется постоянный контроль содержания ТМ в почве, растениях. По содержанию подвижных соединений и соответствию их предельно допустимым концентрациям устанавливают загрязнение почв тяжелыми металлами. Этим обусловлена актуальность рассматриваемого вопроса.

Тяжелые металлы обладают высокой способностью к многообразным химическим, физико-химическим и биологическим реакциям, что обусловливает их трансформацию - переход из легкодоступных форм в недоступные, прочнофиксированные формы соединений. С удобрениями вносятся, как правило, легкорастворимые соединения и первой стадией процесса трансформации внесенных соединений является адсорбция. Наряду с поглощением активно протекают процессы осаждения, коагуляции, образования прочных органо-минеральных комплексов 3, с. 65.

Соединения тяжелых металлов в почве подразделяют на группы:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Водорастворимые и обменные формы соединений являются подвижными, доступными для растений.

Процесс перехода подвижных форм в кислоторастворимые и прочнофиксированные зависит от многих факторов: свойств элемента, радиуса его ионов, почвенных факторов (содержание гумуса, фосфатов, карбонатов, кислотности и др.).

В таблице 2 показаны почвенные факторы, вызывающие снижение содержания подвижных форм соединений в почве 4, с. 115.

Таблица 2 - Почвенные факторы, способствующие дефициту микроэлементов

Методика исследований. В рамках мониторинга земель Краснодарского края в Кубанском государственном аграрном университете (КГАУ) ведутся исследования по влиянию различных технологий возделывания с/х культур на содержание подвижных форм тяжелых металлов в почве 5, с. 73. Место проведения исследований - опытное поле КГАУ. Почва опытного поля представлена черноземом выщелоченным с мощностью гумусового горизонта 150-160 см. Почвообразующие породы - лессовидные тяжелые суглинки. Содержание гумуса в пахотном слое небольшое (2,5-3,6%), обеспеченность подвижным фосфором и обменным калием высокая, верхний слой имеет слабокислую (pH6,6) или нейтральную реакцию (pH=7,0).

Схема опыта представляет собой часть выборки из полной схемы многофакторного опыта и включает 12 из 48 вариантов, имеющихся в опыте.

Система основной обработки почвы включает три варианта: Д1 - безотвальная (почвозащитная) предусматривает использование орудий, имеющих плоскорежущие рабочие органы; Д2 - рекомендуемая (применяемая в зоне для конкретных культур); Д3 - отвальная с периодическим глубоким рыхлением.

Способы основной обработки почвы накладывались на четыре варианта с различными уровнями плодородия, системами удобрений, системами защиты растений от сорняков, вредителей и болезней. Варианты агротехнологий получили условное название: 000 - экстенсивная; 111 - беспестицидная; 222 - экологически допустимая; 333 - интенсивная. В связи с изучением нескольких факторов в схеме опыта принята следующая индексация вариантов: первая цифра - уровень плодородия, вторая - система удобрений, третья - система защиты растений.

Почвенные образцы отбирались в апреле 2006 г., слой почвы 0-20 см, культура - озимая пшеница, предшественник - подсолнечник.

Подвижные формы (ПФ) тяжелых металлов (ТМ) из почвенных образцов извлекались ацетатно-аммонийным буфером (pH=4,8), в вытяжках количественное определение ТМ проводили атомно-абсорбционным методом (ГОСТы 50682-687).

Результаты исследований. В таблице 3 представлены данные содержания подвижных форм марганца, меди и цинка в пахотном слое чернозема выщелоченного при различных вариантах агротехнологии.

Математическая обработка результатов исследований методом однофакторного дисперсионного анализа существенных различий между вариантами опыта не выявила.

Таблица 3 - Влияние агротехнологий на содержание подвижных форм марганца, меди и цинка в черноземе выщелоченном (опытное поле КГАУ, культура - озимая пшеница, 2006 г.), мг/кг

Анализ данных таблицы 3 позволяет сделать следующие выводы:

- повышение плодородия почвы способствует увеличению содержания подвижных форм марганца, меди и цинка при всех способах обработки почвы;

- содержание подвижных форм соединений марганца и меди возрастает в 2 раза при внесении тройных доз удобрений (вариант 333) и безотвальном способе обработки почвы (Д1).

Увеличение содержания подвижных форм марганца, меди и цинка в пахотном слое обусловлено тем, что удобрения, вносимые на опытном поле, содержат тяжелые металлы в растворимой форме (табл. 4).

Таблица 4 - Содержание тяжелых металлов в удобрениях, применяемых на опытном поле (КГАУ, 2006 г.)

При отвальной обработке (Д3) увеличивается водопроницаемость пахотного слоя, что способствует вымыванию растворимых соединений в подпахотный слой.

Данные анализа почвенных образцов на содержание подвижных форм свинца, кобальта и кадмия представлены в таблице 5.

Анализ данных таблицы 5 показывает:

- содержание подвижных форм кобальта снижается во всех вариантах опыта в сравнении с контролем (000) и приближается к критическому пределу дефицита кобальта как микроэлемента;

- внесение удобрений и способы обработки почвы существенного влияния не оказывают на содержание подвижных форм кадмия и свинца, их содержание примерно в 10 раз ниже ПДК.

Таблица 5 - Влияние различных агротехнологий на содержание подвижных форм кобальта, свинца и кадмия в пахотном слое чернозема выщелоченного (опытное поле КГАУ, культура - озимая пшеница, 2006 г.), мг/кг

Склонность к трансформации соединений тяжелых металлов характеризует степень подвижности (, %) - отношение содержания подвижных форм соединений ТМ к их валовому содержанию 5.

На рисунке 1 показана зависимость степени подвижности тяжелых металлов от способа обработки почвы.

Из рисунка следует, что степень подвижности кадмия остается очень высокой при всех способах обработки почвы (45-45%). Это объясняется малой склонностью соединений кадмия к трансформации, он почти не связывается гумусом, плохо сорбируется гидроксидами железа и алюминия.

Наименьшая степень подвижности проявляется у соединений цинка и кобальта. Их соединения активно сорбируются оксидами железа, связываются в органо-минеральные комплексы, способы обработки не оказывают существенного влияния на степень подвижности цинка и кобальта.

Рис. 1 - Влияние основной обработки почвы на степень подвижности тяжелых металлов

Степень подвижности марганца снижается при отвальной обработке почвы (Д3). Вероятно, это объясняется насыщением почвы кислородом при обороте пласта, увеличением окислительно-восстановительного потенциала, что способствует переходу марганца из двухвалентного состояния в диоксид марганца MnO2.

По степени подвижности в черноземе выщелоченном изучаемые металлы располагаются в последовательности: Cd > Pb, Cu > Mn > Zn > Co.

У меди наибольшая степень подвижности наблюдается при безотвальной обработке почвы Д1. Безотвальная обработка почвы является наиболее эффективной для накопления гумуса, катионы меди могут образовывать растворимые комплексные соединения с гуминовыми кислотами.

Выводы

1. Содержание подвижных форм марганца, меди цинка, свинца, кобальта и кадмия в пахотном слое чернозема выщелоченного во всех вариантах опыта ниже ПДК и экологической опасности не представляет.

2. Внесение минеральных и органических удобрений вызывает увеличение содержания подвижных форм марганца, меди и цинка при всех способах обработки почвы, а свинца - при рекомендуемой обработке почвы.

3. Уровень обеспеченности микроэлементами чернозема выщелоченного: по марганцу - средний; по меди - низкий; по цинку и кобальту - очень низкий.

4. Наибольшая степень подвижности характерна для соединений кадмия, а наименьшая - цинка и кобальта. Внесение минеральных и органических удобрений способствует связыванию марганца, меди, цинка и кобальта в прочнофиксированные формы, ведет к дефициту их в почве как микроэлементов питания растений.

Литература

1. Химическое загрязнение почв и их охрана. Словарь справочник. М.: - «Агропромиздат», 1991.

2. Э.А. Александрова, Н.Г. Гайдукова, Н.А. Кошеленко. Тяжелые металлы в почвах и растениях и их аналитический контроль. Краснодар. 2001 г.

3. Химия тяжелых металлов, мышьяка и молибдена в почвах. Под ред. Н.Г. Зырина. М.: - МГУ, 1985.

4. Кабата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. Пер. с англ. М. 1989.

5. Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края. Под. редакцией акад. И.Т. Трубилина, акад. Н.Г. Малюги. Краснодар, 2002.

6. Гайдукова Н.Г., Кошеленко Н.А. «О степени подвижности тяжелых металлов в выщелоченном черноземе». Сб. «Энтузиасты аграрной науки», - вып. 3. Краснодар, 2004 г., с. 36-44.

Размещено на Allbest.ru