АГРОХИМИЯ, 2007, № 6, с. 68-73
УДК 631.416.8:546.47:631.445.51
Экотоксикология
ФОРМЫ СОЕДИНЕНИИ ЦИНКА В ТЕМНО-КАШТАНОВОИ ПОЧВЕ ПРИ МОНО- И ПОЛИЭЛЕМЕНТНОМ ЗАГРЯЗНЕНИИ
© 2007 г. М. С. Панин, А. Ю. Кушнарева
Семипалатинский государственный педагогический институт 071410 Семипалатинск, ул. Танирбергенова, 1, Республика Казахстан
E-mail: pur@sgpi.kz Поступила в редакцию 17.10.2006 г.
Изучены формы соединений цинка при цинковом и медно-цинковом загрязнении темно-каштановой почвы. Установлено, что при разных дозах загрязнения почвы содержание элемента в различных фракциях неодинаково и значительно отличается от фона. В случае моноэлементного загрязнения большая часть цинка связывалась в слабоспецифическисорбированной и органической фракциях, при полиэлементном загрязнении - в обменной фракции. Подвижность исследуемых фракций цинка по мере возрастания доз загрязнения постепенно снижалась.
ВВЕДЕНИЕ
Поведение тяжелых металлов (ТМ) в почвах значительно отличается от поведения большинства катионов макроэлементов. Химические свойства данной группы элементов, прежде всего наличие незаполненных ^-подуровней, являются причиной существования нескольких механизмов их взаимодействия с почвенными компонентами. Неоднородность реакционных центров приводит к тому, что один и тот же почвенный компонент может взаимодействовать с ионами ТМ при помощи разных механизмов [1].
Наличие разных форм нахождения ТМ, отличающихся как по подвижности и биологической доступности, так и по механизмам их закрепления в почве, предполагает их более детальное изучение [2]. Разные миграционные формы одного и того же элемента имеют иногда и резко различную токсичность. Исследование форм соединений ТМ в почвах имеет большое значение для изучения закономерностей загрязнения почв, механизмов закрепления ионов ТМ почвенными компонентами, возможности миграции ТМ в другие компоненты биосферы [3].
В настоящее время получено много данных о содержании в почвах разных типов форм соединений ТМ и разработаны методы их разделения [1, 4]. Для территории Казахстана имеются сведения о формах соединений ТМ только в фоновых почвах. Работ же по исследованию широкого фракционного состава ТМ в почвах крайне мало.
Целью данной работы было изучение форм соединений цинка в темно-каштановой почве при моно- и полиэлементном загрязнении.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
В качестве объекта исследования был использован пахотный горизонт темно-каштановой среднемощной среднесуглинистой почвы Семипалатинского Прииртышья Республики Казахстан. Выбор этой почвы обусловлен значимостью ее в сельском хозяйстве региона.
Почву отбирали в Бородулихинском районе, вблизи с. Ново-Шульба, на участках, не подверженных техногенному воздействию. Определение валового содержания Zn проводили по методу Ринькиса [6] с разложением почв в минеральных кислотах. Для выделения форм соединений цинка в почве применяли методику параллельных экстракций. Соотношение почва : раствор = 1 : 10. После экстрагирования (1 ч при непрерывном встряхивании) суспензию фильтровали и в фильтрате определяли содержание Zn дитизоновым методом с фотоколориметрическим окончанием.
Для извлечения форм соединений цинка использовали следующие экстрагенты: для водорастворимой формы - Н2О бидист., обменной - 0.1 М Са^03)2, слабоспецифическисорбированной -3%-ную СН3СООН, прочно связанной с органическим веществом - 0.1 М К4Р207 + 0.1 М №ОН, связанной с оксидами и гидроксидами железа - реактив Тамма (С2Н204 + С204^Н4)2), остаточной - 5 н. HNO3.
В почвенных пробах были определены следующие химические показатели: содержание гумуса по методу Тюрина со спектрофотометрическим окончанием, рН водной суспензии - потенциомет-рически со стеклянным электродом, содержание обменных Са2+ и Mg2+ - трилонометрическим методом, гранулометрический состав почв по Качин-скому [7], также рассчитана буферная емкость
Таблица 1. Содержание фракций циика в темно-каштановой почве при моноэлементном загрязнении, мг/кг
Фракции
Вариант водорастворимая обменная слабоспеци-фическисор-бированная прочно связанная с органическим веществом связанная с оксидами и гидрокси-дами железа остаточная Валовое содержание
Фон 0. 80 ± 0.04 2. 0 1. 00 ± 0.05 2.5 4. 90 ± 0.25 1 2 7. 90 ± 0.40 20 12. 5 ± 0.63 3 1 20. 1 ± 1.0 50 40.0
7п 1 ПДК 38. 8 ± 1.9 11 92. 0 ± 4.6 26 99. 4 ± 5.0 28 67. 1 ± 3.4 19 52.60 ± 2.63 15 42. 8 ± 2.1 12 353
7п 3 ПДК 55. 5 ± 2.8 5.9 93. 3 ± 4.7 9 .8 103. 1 ± 5.2 1 1 88. 1 ± 4.4 9.3 90.30 ± 4.52 9 .5 34. 3 ± 1.7 3.6 947
7п 5 ПДК 100. 2 ± 5.0 6. 4 90. 2 ± 4.5 5 .8 98. 1 ± 4.9 6.3 101. 1 ± 5.1 6. 5 96.90 ± 4.85 6 .2 28. 5 ± 1.4 1.8 1565
7п 10 ПДК 105. 2 ± 5.3 3. 5 100. 6 ± 5.0 3.3 97. 4 ± 4.9 3.2 120. 6 ± 6.0 4. 0 97.30 ± 4.87 3 .2 38. 2 ± 1.9 1.3 3020
Примечание. Над чертой - среднее арифметическое и его ошибка, мг/кг; под чертой - процент от валового количества. То же в табл. 2.
почв [8]. Исследуемая темно-каштановая средне-мощная среднесуглинистая почва характеризуется следующими физико-химическими показателями: содержание гумуса - 3.2%, рНн о 7.3, сумма
обменных катионов - 26.0 мг-экв/100 г, илистая фракция - 10.9%, физическая глина - 37.1%. Степень буферности почвы средняя.
Исследовали незагрязненные пробы темно-каштановой почвы (фон), а также пробы, загрязненные в лабораторных условиях. В качестве загрязняющих компонентов были использованы Си^03)2 и Zn(NO3)2. Соли вносили на 1 кг почвы в пересчете на металл (ПДК^ = 100 мг/кг, ПДК2п = = 300 мг/кг [9]) в эквивалентных соотношениях в следующих вариантах: Zn - 1 ПДК; Zn - 3 ПДК; Zn - 5 ПДК; Zn - 10 ПДК - моноэлементное загрязнение и Си, Zn - 1 ПДК; Си, Zn - 3 ПДК; Си, Zn - 5 ПДК; Си, Zn - 10 ПДК - полиэлементное загрязнение. Время взаимодействия почвы с солями ТМ составляло 6 сут. Опыт проводили в трехкратной повторности.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Валовое содержание Zn в исследуемой исходной почве (40.0 мг/кг) в 2.1 раза меньше кларка в земной коре (85.0 мг/кг [10]), в 1.3 раза меньше кларка в почве (50.0 мг/кг [10]) и в 7.5 раза меньше ПДК. Валовое содержание цинка при моноэлементном (цинковом) и полиэлементном (медно-цинковом) загрязнении почвы (от 1 до 10 ПДК) возрастало в 8.6-8.7 раза; по сравнению с фоном -в 75.5-75.8 раза. Содержание форм соединений Zn
в темно-каштановой почве при моно- и полиэлементном загрязнении представлено в табл. 1, 2.
По величине средней концентрации (мг/кг) исследуемые формы соединений цинка при моноэлементном загрязнении в фоновом варианте располагались в следующий убывающий ряд: остаточная (20.1) > связанная с оксидами и гидрок-сидами железа (12.5) > прочно связанная с органическим веществом (7.9) > слабоспецифическисор-бированная (4.90) > обменная (1.0) > водорастворимая (0.8). Процент от валового содержания цинка в фоновой почве изменялся от 2.0% (водорастворимая фракция) до 50.3% ( остаточная фракция).
При внесении в почву загрязняющих компонентов распределение фракций цинка изменилось. По сравнению с фоном, концентрация цинка при внесении доз цинка 1, 3, 5, 10 ПДК увеличилась во всех исследуемых формах. Так, при дозе Zn 1 ПДК в водорастворимой форме содержание элемента увеличилось в 48.5 раза, в обменной - в 92.0 раза, в слабоспецифическисорбиро-ванной - в 20.3 раза, в прочно связанной с органическим веществом - в 8.5 раза, в связанной с оксидами и гидроксидами железа - в 4.2 раза, в остаточной - в 2.1 раза по сравнению с фоном. При дозе Zn 1 ПДК максимальная концентрация цинка соответствовала слабоспецифическисорби-рованной фракции (99.4 мг/кг), а минимальная -водорастворимой фракции (38.8 мг/кг). Процент от валового содержания элемента изменялся от 11.0% в водорастворимой фракции до 28.2% в сла-боспецифическисорбированной фракции.
Таблица 2. Содержание фракций цинка в темно-каштановой почве при полиэлементном загрязнении, мг/кг
Фракции
Вариант водорастворимая обменная слабоспеци-фическисор-бированная прочно связанная с органическим веществом связанная с оксидами и гидрокси-дами железа остаточная Валовое содержание
Фон 0. 80 ± 0.04 2 .00 1. 00 ± 0.05 2. 5 4. 90 ± 0.25 1 2 7. 90 ± 0.40 2 0 12. 5 0 ± 0.63 31 20. 1 ± 1.0 50 40.0
Си, 7п 1 ПДК 23. 9 ± 1.2 6 .8 93. 1 ± 4.7 27 78. 5 ± 3.9 22 48. 9 ± 2.4 14 42. 2 ± 2.1 12 26. 5 ± 1.3 7.6 350
Си, 7п 3 ПДК 38. 9 ± 2.0 4 .0 107. 5 ± 5.4 11 90. 5 ± 4.5 9 .3 67. 6 ± 3.4 7.0 50. 1 ± 2.5 5 .2 39. 5 ± 2.0 4.1 970
Си, 7п 5 ПДК 51. 7 ± 2.6 3 .5 100. 0 ± 5.0 6. 8 90. 2 ± 4.5 6 .1 67. 5 ± 3.4 4.6 43. 6 ± 2.2 3 .0 42. 7 ± 2.1 2.9 1480
Си, 7п 10 ПДК 91. 3 ± 4.6 3 .0 98. 7 ± 4.9 3.3 80. 0 ± 4.0 2 .6 93. 8 ± 4.7 3.1 40. 7 ± 2.0 1 .3 46. 7 ± 2.3 1.5 3030
Дальнейшее увеличение вносимых доз цинка (3, 5, 10 ПДК) приводило к неоднозначному изменению концентрации форм соединений элемента. По сравнению с дозой 1 ПДК концентрация цинка при 3 ПДК увеличилась в водорастворимой форме в 1.4 раза, в прочно связанной с органическим веществом - в 1.3 раза, в связанной с оксидами и гидроксидами железа - в 1.7 раза. В обменной и специфическисорбированной фракциях значительного увеличения концентрации цинка при дозе 3 ПДК не установлено. А для остаточной фракции отмечалось даже уменьшение концентрации элемента в 1.3 раза в сравнении с дозой 1 ПДК.
При дозе 5 ПДК наименьшее содержание цинка установлено в остаточной фракции (28.5 мг/кг), наибольшее - в прочно связанной с органическим веществом (101 мг/кг). Процент от валового количества элемента при дозе 5 ПДК изменялся от 1.8% в остаточной до 6.5% в органической фракции. По сравнению с дозами 1 и 3 ПДК концентрация элемента увеличилась в водорастворимой, прочно связанной с органическим веществом, связанной с оксидами и гидроксидами железа фракциях, а уменьшилась в 1.4 раза в остаточной фракции.
При дозе 10 ПДК максимальное количество цинка обнаружено в органической фракции (120.6 мг/кг), а минимальное - в остаточной (38.2 мг/кг). Процент от валового количества элемента при этой дозе изменялся от 1.3% в остаточной до 4.0% в органической форме. Увеличение концентрации цинка по сравнению с дозами 1, 3, 5 ПДК отмечено в водорастворимой, обменной, органической и остаточной фо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.