УДК 546.3.577.4
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ РЕШЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ, СВЯЗАННЫХ С ЗАГРЯЗНЕНИЕМ ПОЧВ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Е. С. Надежкина, аспирант РГАЗУ, mnoc_konf@mail.ru,
Е. Н. Закабунина, декан агрономического факультета РГАЗУ, elenaromanov@gmail.com
Установлено увеличение концентрации ТМ в пахотном слое черноземов лесостепного Среднего Поволжья, возрастающее в ряду Hg > Cd > Pb > Cu > > Ni > Zn. Содержание ТМ в черноземах зависит от гранулометрического состава, уровня рН почвы и удаленности от источника загрязнения.
Выявлено неоднозначное действие селена, используемого для санации свинца и кадмия. В дозе 400 мг/кг почвы селен стимулировал рост и развитие озимой пшеницы и способствовал снижению неблагоприятного воздействия ТМ на продукционный процесс.
Высокая доза 800 мг/кг Se, внесенная на естественном фоне чернозема выщелоченного в одностороннем порядке и в составе смеси с кадмием и свинцом, усиливала негативное действие ТМ.
It was found that the increase of heavy metals concentration in the topsoil (black soils of the forest-steppe area in the Central Volga Region) goes in the following order Hg > Cd > Pb > Cu > Ni > Zn. The heavy metal content depends on particle size, soil pH level and the distance from the source of contamination.
The effect of selenium, that has been used to reduce the negative effect of Pb and Cd, is quite ambiguous. Selenium stimulated the winter wheat growth and development, and contributed to the reduction of the unfavorable impact of heavy metals on the production process in the dosage of 400 mg/kg. Higher dosage of 800 mg/kg added to the control samples solely or in mixture with cadmium and lead increased the negative qualities and effect from heavy metals.
Ключевые слова: тяжелые металлы, селен, кадмий, свинец, озимая пшеница.
Keywords: heavy metals, selenium, cadmium, lead, winter wheat.
В современном мире все интенсивнее становятся процессы урбанизации. Компоненты окружающей среды на урбанизированных территориях испытывают сильное техногенное давление. Особого внимания требуют почвы не только городов, но и пригородов, где размещаются сельскохозяйственные предприятия. Опасность представляют химические вещества и, в первую очередь, тяжелые металлы, поступающие в почву в виде оксидов.
В почвенном растворе с кислой средой они образуют гидроокиси, большая часть которых растворима в воде. Гидроокиси могут легко вступать в химические реакции, поглощаться корневой системой и проявлять фитотокси-ческое действие [1—3].
В связи с этим важно знать уровень загрязнения почвенного покрова тяжелыми металлами под влиянием антропогенных факторов, способствующих усилению их накопления в растениях, и приемы, препятствующие или ослабляющие накопление токсичных элементов в растениях и продукции.
В условиях лесостепного Поволжья вопросы, связанные с накоплением тяжелых металлов в почвах и их влиянием на агроценозы зерновых культур, остаются мало изученными.
Цель настоящей работы оценить состояние черноземных почв правобережной лесостепи Среднего Поволжья (на примере Пензенской области) по содержанию тяжелых металлов и определить действие селена по снижению негативного действия кадмия и свинца на продукционный процесс озимой пшеницы.
В задачи исследования входило: анализ содержания тяжелых металлов в зависимости от подтиповых особенностей черноземов и определение влияние кадмия, свинца и селена на рост и развитие озимой пшеницы.
При решении поставленных задач использовались материалы мониторинга содержания тяжелых металлов в пахотном слое черноземных почв, который проводится специалистами Пензенского ГЦАС с 1990 года. Уровень загрязнения определялся по шкале, предложенной Почвенным институтом им. В. В. Докучаева для валовых форм ТМ.
Черноземы как объект исследования выбраны потому, что этот тип почв занимает 50,7 % общей территории области.
Результаты исследования показали, что накопление тяжелых металлов в черноземах зависит от множества факторов: источника загрязнения, его местонахождения, удаленности от сельскохозяйственных угодий, от свойств самих почв и других факторов.
Выявлена высокая вариабельность содержания основных загрязняющих веществ в верхних слоях черноземных почв (табл. 1). Установлено, что количество тяжелых металлов подвержено значительным колебаниям. Максимальное валовое содержание ртути превышает минимальное в два раза, свинца и цинка — в четыре—пять раз, а кадмия, меди, никеля и марганца — в семь—восемнад-цать раз.
Максимальное содержание свинца характерно для выщелоченного и типичного чернозема, кадмия — для типичного (табл. 2). Причина выявленных особенностей, возможно, связана не только с почвообразовательным процессом, но и разной интенсивностью сельскохозяйственного использования почв.
Для оценки степени загрязнения почв были проанализированы результаты, полученные при сплошном обследовании двух районов области Пензенской области. Общая площадь обследованных почв составляла 53 902 гектара.
Содержание тяжелых металлов зависит от гранулометрического состава почвы (см. табл. 2). В черноземах среднесуглинистого гранулометрического состава максимальное количество меди превышает ПДК в 1,1 раза, цинка — в 1,6. При утяжелении гранулометрического состава почвы и повышении рНКС1 величины ПДК значительно возрастают, что обусловлено повышением сорбционной способности катионообразующих металлов (РЬ, Н^, Си, 7п и др.). При этом максимальные концентрации загрязнителей не превышают 10—60 % от ПДК [4].
За период с 1990 по 2010 г. отмечается увеличение концентрации ТМ в пахотном слое черноземов, которое возрастает в ряду Н^ > Сё > РЬ > Си > N1 > 7п. Среднегодовое увеличение содержания составило по цинку 0,217 мг, свинца 0,065, меди 0,097, кадмия 0,0038 мг/кг почвы.
Наибольшее загрязнение черноземов свинцом происходит вблизи автострад. Исследования показали, что в черноземе выщелоченном глинистом с рН > 5,5, на расстоянии 10 м от полотна автострады Москва—Челябинск содержание свинца превысило ПДК в 8 раз, на расстоянии 100 м — в 3 раза и только через
1000 м содержание достигло фонового значения — 20 мг/кг почвы.
Полученные данные характеризуют проблемную экологическую ситуацию по фоновому загрязнению тяжелыми металлами черноземных почв области. В отдельных случаях локальное загрязнение превышает фоновые значения в 5—10 раз. Современное среднее количество тяжелых металлов далеко от критического уровня, но достаточно высокая скорость их аккумуляции вызывает обоснованное беспокойство.
В связи с этим особый интерес и важное практическое значение имеет изучение приемов, снижающих негативное действие тяжелых металлов.
Работами многих исследователей установлено, что микроэлемент селен способен активизировать антиоксидантную систему растений противостоять абиотическому стрессу, который вызывается засухой, засолением, кислотностью, светом повышенной интенсивности и другими стрессорами [5, 6]. В связи с этим и был выбран этот микроэлемент для санации свинца и кадмия.
Влияние тяжелых металлов и селена на рост и продуктивность озимой пшеницы сорта Спектр проводилось в вегетационном опыте,
Таблица 1 Содержание тяжелых металлов в черноземах Пензенской области
Элемент
Мп 2п РЬ Си
са
Содержание тяжелых металлов, мг/ кг почвы
минимальное максимальное среднее
147,0 ± 17,8 592 ± 26,9 370
6,5 ± 1,5 101 ± 4,7 53,8
1,5 ± 0,09 26 ± 1,2 13,8
2,4 ± 0,75 21 ± 2,4 11,7
0,03 ± 0,0091 0,25 ± 0,05 0,14
Таблица 2 Содержание тяжелых металлов в верхнем (0—30 см) слое черноземов
Эле-
Содержание в черноземах, мг/кг почвы
мент оподзолен-ный, п = 94 выщелоченный, п = 311 типичный, п = 85 ПДК
Мп 285 ± 29 318 ± 10,0 266 ± 21,0 1500
2п 43,2 ± 3,5 47,0 ± 2,6 50,3 ± 2,5 110
РЬ 15,6 ± 2,4 19,4 ± 2,8 16,2 ± 1,8 32
Си 10,9 ± 1,9 15,2 ± 1,6 14,3 ± 0,7 100
N1 38,5 ± 2,0 46,2 ± 2,7 47,0 ± 3,4 85
са 0,132 ± 0,011 0,171 ± 0,016 0,170 ± 0,018 5,0
заложенном по методике 3. И. Журбицкого [7] в сосудах, вмещающих 5 кг сухой почвы. Растения выращивались в естественных условиях фотопериода, температуры и влажности до полной спелости зерна.
Почва для опыта — чернозем выщелоченный среднегумусный тяжелосуглинистый — была отобрана в ОАО «Петровский хлеб» Пензенского района. Пахотный слой почвы характеризовался следующими показателями: содержание гумуса 6,19 %, подвижных форм — 111 мг/кг по (Корнфилду), P2O5 — 93 и K2O — 140 по (Чирикову), Se — 0,59, Cd — 0,47, Pb — 15,6 мг/кг почы; рНкс 1—5,1, Нг — 4,95 мг/экв. 100 г, S — 30,70 мг/экв. 100 г почвы.
Результаты исследования, проведенные в вегетационном опыте, показали, что ТМ оказывали негативное влияние на всхожесть семян озимой пшеницы. Всхожесть уменьшилась под действием кадмия на 15,5 %, свинца на 11,6 % к контролю. Селен в дозе 400 мкг/кг почвы достоверно повышал всхожесть семян на 1,40 %, а при 800 мкг — снижал на 1,7 %. Внесенный в одинарной дозе совместно с кадмием, он уменьшал негативное действие последнего. Всхожесть семян увеличивалась на 2,7 %. Высокая доза Se усугубляла действие кадмия, всхожесть снижалась на 3,4 %.
Более эффективным было действие селена при совместном использовании со свинцом (табл. 3).
Таблица 3 Влияние селена на показатели роста и продуктивности пшеницы в условиях загрязнения почвы тяжелыми металлами
Элемент Доза селена, мкг/кг почвы Всхожесть семян, % от высеянных Сохранность растений к уборке взошедших Высота растений, см Масса, г/растение
зерна солома
0 0 97,8 94,8 62,7 1,05 0,90
0 400(1) 99,2 97,1 65,9 1,23 1,16
0 800(2) 96,1 94,5 63,5 0,90 0,78
Cd 0 83,4 80,3 57,3 0,53 0,67
Cd 400 86,1 83,6 60,8 0,84 0,80
Cd 800 80,0 76,1 56,9 0,46 0,72
Pb 0 86,2 80,9 60,7 0,78 0,76
Pb 400 89,7 86,5 61,9 0,97 0,82
Pb 800 88,6 84,3 60,3 0,79 0,71
HCP05 1,24 1,12 1,73 0,14 0,08
Селен, внесенный на естественном фоне в низкой концентрации, увеличивал как массу зерна, так и соломы на 17,1 и 28,9 % соответственно. При повышении концентрации его в 2 раза масса зерна снижалась на 0,15 г (14,3 %), соломы — на 0,12 г/растение (15,4 %) по сравнению с контролем.
Под действием кадмия и свинца уменьшалась продуктивность пш
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.