Приемы химической мелиорации почв, как эффективный фактор рекультивации почв, загрязненных тяжелыми металлами

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 631.421; 631.415.2.

ФГУ Центр агрохимической службы «Владимирский»

ПРИЕМЫ ХИМИЧЕСКОЙ МЕЛИОРАЦИИ ПОЧВ, КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ ФАКТОР РЕКУЛЬТИВАЦИИ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

Н.А. Комарова

г. Москва

В многолетнем микрополевом опыте выявлены закономерности влияния известкования дерново-подзолистой почвы, загрязненной тяжелыми металлами, на снижение подвижности и поступление в различные растения поллютантов. Определены параметры кислотности почвенной среды для получения экологически безопасной продукции.

Liming influence patterns of the dernovo-podsolic soil polluted by heavy metals on decrease in mobility and availability pollutants by various plants in long-term microfield experiment are revealed. Parametres of acidity of the soil environment for reception of ecologically safe production are defined.

В России выявлены площади почв, загрязненных Cd, Pb, Zn и Cu, составляющие, соответственно, 184, 519, 326 и 1416 тыс. га, причем с каждым годом доля загрязненных почв увеличивается, что создает опасность вывода таких земель из сельскохозяйственного оборота. Ущерб, наносимый загрязнением, будет в большой степени зависеть от свойств почв, и главным образом от тех, которые влияют на подвижность ТМ и, как следствие, на миграцию по почвенному профилю и накопление в растениях. Исходя из этого, очевидна актуальность разработки научно обоснованных агрохимических приемов детоксикации ТМ при загрязнении ими почв для получения экологически безопасной растениеводческой продукции.

Для решения поставленных вопросов в 1994 г. на дерново-подзолистой супесчаной почве в сосудах из винипласта без дна, размером 36 см х 36 см, высота 30 см, заложен микрополевой опыт. Исходная агрохимическая характеристика почвы оценивалась как сильнокислая, рН - 4,1; содержание подвижного фосфора 35,2 мг/кг, обменного калия - 125,5 мг/кг почвы, количество ТМ находилось на уровне регионального фона и характеризовалась как незагрязненная. Тяжелые металлы вносили в виде растворов (1:10) водо-растворимых чистых солей, в дозе из расчета на чистый металл: Cd - 5 мг/кг; Zn - 300; Cu - 150; Pb - 100 мг/кг почвы.

В 1-й год под все культуры в почву вносили N60P60K60 в качестве фона (кроме контроля). В последующем вносили минеральные удобрения на запланированный урожай в форме нитрофоски в дозах (в кг д.в.): капуста «Грибовская ранняя» и лук сорта «Стригуновский» - N120P100K120; свекла сорта «Бордо» - N120P80K80; картофель «Невский» - N90P90K120. Органические удобрения применялись в форме перепревшего навоза в дозе 60 т/га. Доломитовую муку использовали в дозе 10 т/га (по 2,0 г.к). В 2001 г. на половине повторностей опыта было проведено известкование по всем вариантам опыта, таким образом, опыт проводится на не известкованной и известкованной почвах. известкование металл поллютант кислотность

Известкование почвы обусловило значительное снижение кислотности среды: на всех вариантах рНсол. 6,4…6,7. Аналогичные закономерности отмечались в отношении гидролитической кислотности, существенно увеличилась сумма поглощенных оснований, в 4 и 6 вар. эти показатели достоверно выше в сравнении с другими вариантами опыта. На неизвесткованных повторностях опыта, реакция среды характеризуется как кислая, лишь на фоне внесения извести (4 вар.) и совместного её применения с навозом (6 вар.) - как слабо кислая - 5,1…5,4 (табл.1).

Результаты показывают, что на кислой почве применение извести с целью снижения подвижности ТМ четко определено (табл. 2). Действие навоза для снижения подвижности ТМ было недостаточно заметным. Внесение только извести и совместно с навозом (4 и 6 вар.) привело к увеличению валового содержания ТМ по сравнению с 3, 5 и 7 вариантами: содержание Zn - 253 мг/кг почвы, а в остальных вариантах 114…145 мг/кг почвы, максимум содержания Cd составил 10,7 мг/кг почвы, в вариантах, где не вносилась известь 5,3…6,5 мг/кг почвы. Применение «извести + навоз» достоверно уменьшало количество подвижных соединений Zn и Cu.

Таблица 1 Влияние приемов детоксикации почв, загрязненных ТМ, на динамику кислотности дерново-подзолистой почвы, 2007 г.

Таблица 2 Влияние известковых, органических и минеральных удобрений на содержание тяжелых металлов в почве (мг/кг почвы), 2007 год

Использование мелиорантов несущественно снижало подвижность Cd и Pb по сравнению с 3-м вариантом. Доля подвижных соединений ТМ от валового их содержания находится в тесной зависимости от реакции среды: по Cd на фоне извести она составляет 64%, а на фоне 2NPK без извести - 75%, соответственно, по Zn - 27 и 69 %, по Cu - 41 и 60%; соотношение содержания различных форм Pb мало зависело от уровня рН, на известкованном и неизвесткованном фоне составляло, соответственно, 57 и 58 %. Подвижность ТМ в 3, 5 и 7 вариантах, в условиях кислой среды без применения извести, подвижность ТМ гораздо выше, чем в вариантах, где вносилась известь: по Cd коэффициент подвижности составляет 72…77 %, а в 4 и 6 вариантах 65 %, по цинку - 65… 67 % и 27…29 %, соответственно. Таким образом, снижение кислотности среды 4,0… 6,5 обусловливает уменьшение подвижности ТМ в 1.5-2 раза. По степени подвижности изучаемые элементы располагаются в следующем порядке: кадмий > цинк > медь > свинец.

Выявлено, что Cd и Zn в основном накапливаются в пахотном и подпахотном горизонтах. Эти элементы сохраняют высокую концентрацию во всех нижележащих горизонтах. Cu и Pb накапливаются в слое 0…20 см, в подпахотном горизонте концентрация элементов снижается, и к отметке 1 м достигает малых величин, практически не отличающихся от контроля.

При известковании почв (4 и 6 вар.) максимальное содержание всех ТМ отмечено только в пахотном горизонте, в остальных - находится практически на уровне контрольного варианта. Выявленные закономерности отмечены при определении как валового содержания, так и количества подвижных форм изучаемых элементов.

Таблица 3 Влияние агрохимических приемов детоксикации почв, загрязненных ТМ, на продуктивность овощных культур (в среднем за три года)

На известкованной почве на всех вариантах реакция среды практически одинаковая, существенная разница отмечена лишь по содержанию фосфора и калия. При уровне рН > 5,5 повышенное содержание фосфора также проявляет детоксикационный эффект. Выявлено, что наиболее сильно связывается почвой Pb и Cu, для них характерно более существенное уменьшение подвижности, чем для Cd и Zn.

Обобщение урожайных данных (табл. 3) показывает, что на неизвесткованной почве при внесении навоза урожай лука в 6 раз ниже, в сравнении с контролем. Урожай корней свеклы получен только при внесении извести и в сочетании её с навозом, а клубней картофеля на всех вариантах опыта, что характеризует эту культуру, как устойчивую к действию ТМ. На фоне NPK урожай клубней составил в среднем 398 г/сос, а применение «известь + навоз» обеспечило повышение урожая в 1,5 раза, на фоне NPK, 2NPK и навоза урожай клубней в сравнении со 2 вар. снизился в 7,7, 11,4 и 10,5 раза, соответственно.

На известкованной почве урожай лука в 4 вар. и 6 вар. в сравнении с 2 вар. в среднем за 3 года повысился в 7,3 раза, на фоне NPK и 2NPK снизился на 29 и 17 % соответственно. Наиболее эффективным в формировании продуктивности картофеля было повторное известкование (4 вар.) - 501 г/сос и при сочетании извести с навозом - 557 г/сос. При внесении NPK и 2NPK и только навоза урожайность клубней снизилась от максимальной соответственно на 54, 30 и 52 %. Лучшим вариантом при формировании урожая свеклы был также 6 вар. - 485 г/сос, прибавка по сравнению с NPK была достоверной и составила 8,0 г/сос. На фоне извести и 2NPK урожай корней свеклы ниже на 23 и 30%, соответственно. При возделывании капусты отмечено преимущество повторного известкования (4 вар.), хотя разница по урожаю с наилучшим 6 вар. не достоверна. При использовании NPK, 2NPK и навоза урожайность капусты в сравнении снизилась, соответственно, в 2,7, 1,7, и 2,5 раза. Проведение повторного известкования (4 вар) в сравнении с контролем обеспечило повышение урожая лука в 2,3, картофеля в 1,8, свеклы в 1,6 и капусты в 1,3 раза, а совместное внесение извести и навоза в 2,8, 2,0, 1,9 и 1,2 раза, соответственно.

Сравнение урожайных данных показывает, что увеличение рН с 4,0 до 6,5-6,7 обусловило снижение токсичности ТМ у лука, картофеля, свеклы и капусты в 1,5, 1,4, 1,9 и 1,5 раза, соответственно.

На известкованном фоне загрязнение почвы не отразилось на содержании крахмала в картофеле, в вариантах с внесением извести и навоза установлена достоверная прибавка, но существенно сказалось на содержании нитратов в продукции. Внесение навоза и извести, является высокоэффективным приемом снижения поступления в растения ТМ.

При определении качества лука выявлено, что на неизвесткованной почве в сравнении с контролем содержание Pb на фоне NPK, извести, навоза и 2NPK выше соответственно в 3,6, 1,7, 4,8, и 8,7 раза; Zn в 2,2, 1,3, 2,9, и 2,3 раза; по Cd в 2,6, 1,8, 5,0 и 6,2 раза; по Cu 6,8, 1,6, 10,1 и 10,7 раза, соответственно. На фоне извести в сочетании с навозом содержание ТМ практически не отличается от контроля и имеет лучшие показатели по содержанию Pb и Zn.

На известкованной почве все приёмы были высокоэффективными, и обеспечили, за исключением кадмия, получение чистой продукции. Выявлена особенность свеклы к большему, по сравнению с другими культурами накоплению Zn, однако в сравнении с 3 вар. внесение отдельно извести и в сочетании с навозом способствовали снижению концентрации Zn в корнях в 1,5 раза.

Сравнение результатов по содержанию ТМ в продукции лука и капусты показало, что их величины на известкованном фоне, соответственно, в 2…8 и 1,9…4,0 раза ниже, чем на неизвесткованном. Кроме Cd, ни по одному из элементов не обнаружено превышение ПДК.

Анализ клубней картофеля показал, что отмечается достоверное увеличение накопления ТМ в 3-м и 5-м варианте на неизвесткованной почве, при внесении «известь + навоз», содержание ТМ снижалось на 30…23%. На известкованной почве содержание ТМ в клубнях, в зависимости от варианта снижается в среднем в 1,5…3,0 раза, наилучшие показатели в 4 варианте.

По степени накопления ТМ в основной продукции объекты исследований в нашем опыте можно расположить в следующем ряду: свекла < капуста < лук < картофель. Наиболее эффективными приемами по снижению накопления тяжелых металлов в растениях являются совместное применение NPK + ТМ + известь и NPK + ТМ + известь + навоз. Поэтому на почвах, загрязненных ТМ, необходимо более интенсивное использование агрохимических средств по кратности и дозе внесения, с учетом уровня содержания токсикантов.

Размещено на Allbest.ru