научная статья по теме ВЛИЯНИЕ МОДЕЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ CR, CU, NI, PB НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ СУХИХ СТЕПЕЙ И ПОЛУПУСТЫНЬ ЮГА РОССИИ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ МОДЕЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ CR, CU, NI, PB НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ СУХИХ СТЕПЕЙ И ПОЛУПУСТЫНЬ ЮГА РОССИИ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2011, № 9, с. 1094-1101

БИОЛОГИЯ ^^^^^^^^^^^^^^ ПОЧВ

УДК 57.044;631.46

ВЛИЯНИЕ МОДЕЛЬНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ Cr, Cu, Ni, Pb НА БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ СУХИХ СТЕПЕЙ И ПОЛУПУСТЫНЬ ЮГА РОССИИ*

© 2011 г. С. И. Колесников, Н. А. Спивакова, К. Ш. Казеев

Биолого-почвенный факультет Южного федерального университета 344006, Ростов-на-Дону,

ул. Большая Садовая, 105 e-mail: kolesnikov@sfedu.ru Поступила в редакцию 13.04.2010 г.

Загрязнение почв сухих степей и полупустынь юга России оксидами Cr, Cu, Ni, Pb ведет к ухудшению их биологических свойств. По степени ухудшения биологических свойств почвы образуют следующую последовательность: темно-каштановые > каштановые > светло-каштановые > бурые полупустынные > песчаные бурые полупустынные. По степени негативного воздействия на биологические свойства почв оксиды тяжелых металлов образуют ряд: CrO3 > CuO > PbO > NiO.

ВВЕДЕНИЕ

Почвенный покров сухих степей и полупустынь юга России представлен зональными каштановыми и бурыми полупустынными, а также интразональными песчаными бурыми полупустынными почвами. Экологические последствия химического загрязнения этих почв исследованы значительно меньше, чем, например, черноземов [1, 6]. Одна из причин этого состоит в не столь значительном загрязнении почв этого региона, так как промышленность и сельское хозяйство здесь развиты в меньшей степени, чем в зоне Черноземья. Но и почвы этой зоны не столь устойчивы к химическому загрязнению, как черноземы.

Большую опасность для экологического состояния региона, в том числе для почв, может иметь реализация проекта "Евразия", который предполагает строительство канала, соединяющего Каспийское и Азовское моря через Кумо-Манычскую впадину. Одним из многочисленных неблагоприятных последствий станет усиление загрязнения почв. При этом пределы устойчивости почв этого региона к химическому воздействию не установлены.

Цель работы — в модельных исследованиях установить закономерности изменения биологи-

* Исследование выполнено в рамках реализации ФЦП "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009—2013 годы (госконтракты П322, П169, 16.740.11.0528), при финансовой поддержке РФФИ (гранты 07-04-00690-а, 07-04-10132-к, 08-04-10080-к), при государственной поддержке ведущей научной школы (НШ-5316.2010.4).

ческих свойств почв сухих степей и полупустынь юга России при загрязнении Сг, Си, N1, РЬ.

ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

Для модельных опытов были отобраны в следующие почвы: темно-каштановая (Ростовская обл., Пролетарский р-н); каштановая (Ростовская обл., Ремонтненский р-н); светло-каштановая (Республика Калмыкия, окрестности г. Элиста); бурая полупустынная (Астраханская обл., окрестности границы с Республикой Калмыкия); песчаная бурая полупустынная (Республика Калмыкия, окрестности п. Хулхута). Использовали образцы из слоя 0—25 см.

Основные эколого-генетические и эколого-биологические показатели почв представлены в табл. 1.

В качестве загрязняющих веществ были выбраны тяжелые металлы (ТМ). Исследовали Сг, Си, N1, РЬ, так как именно этими металлами в значительной степени загрязнены почвы юга России [2, 9]. Кроме того, выбранные ТМ интересны для сравнения — их ПДК составляют 100 мг/кг почвы. Использованы разработанные в Германии значения ПДК [5]. Во-первых, потому, что ПДК в почве общего (валового) содержания Си и N1 в России отсутствуют; во-вторых, "российская" ПДК РЬ зачастую не может быть использована, так как ее значение часто меньше фонового содержания РЬ во многих почвах.

Таблица 1. Эколого-генетические и эколого-биологические характеристики исследованных почв

Почва Содержание гумуса, % рН Гранулометрический состав Активность каталазы, мл О2/г почвы за 1 мин Активность дегидрогеназы, мг ТФФ/10 г почвы за 24 ч Обилие бактерий рода А1о(оЪас(ег, % комочков обрастания

Темно-каштановая 3.3 7.8 Тяжелосуглинистый 8.7 34.3 92

Каштановая 2.8 8.6 Тяжелосуглинистый 8.1 32.3 91

Светло-каштановая 1.8 7.2 Среднесуглинистый 4.7 18.3 16

Бурая полупустынная 0.8 6.9 Легкосуглинистый 1.8 23.3 75

Бурая полупустынная песчаная 0.5 7.5 Песчаный 1.1 9.9 3.8

Таблица 2. Пример расчета ИПБС темно-каштановой почвы при загрязнении хромом (Сг03), % от контроля

Содержание в почве Активность каталазы Активность дегидрогеназы Целлюлозоразрушаю-щая активность Обилие бактерий рода А1о(оЪас(ег Длина корней (фитотоксичность) ИПБС

Контроль 100 100 100 100 100 100

1 ПДК 60 74 24 69 38 53

10 ПДК 27 49 12 41 4 26

100 ПДК 8 31 11 15 0 13

Изучали действие разных количеств ТМ в почве: 1, 10, 100 ПДК (100, 1000 и 10000 мг/кг соответственно).

ТМ вносили в почву в форме оксидов: Сг03, СиО, №0, РЬО, так как их значительная доля поступает в почву именно в этой форме [3], а также использование оксидов ТМ позволяет исключить воздействие на свойства почвы сопутствующих анионов, как это происходит при внесении солей металлов.

Почву инкубировали в вегетационных сосудах при комнатной температуре (20—22°С) и оптимальном увлажнении (60% от полевой влагоемко-сти) в трехкратной повторности.

Состояние почв определяли через 30 суток после загрязнения. При оценке химического воздействия на почву этот срок является наиболее информативным [6].

Лабораторно-аналитические исследования выполнены с использованием общепринятых методов [4, 7]. Определяли обилие бактерий рода Ахо1оЪас1ег, активность каталазы и дегидрогена-зы, целлюлозолитическую активность, фитоток-сические свойства почв и другие показатели. Ах,о-1оЪас1ег учитывали методом комочков обрастания на среде Эшби. Целлюлозолитическую способность определяли по степени разложения хлопчатобумажного полотна, экспонированного в почве в течение 30 дней. Активность каталазы измеряли по методике Галстяна, дегидрогеназы — по методике Галстяна в модификации Хазиева. О фито-токсичности почв судили по изменению показателей прорастания семян редиса (всхожесть, энергия прорастания, дружность прорастания, скорость прорастания) и интенсивности начального роста проростков (длина корней, длина зеленых проростков.

%

120

100

80

60

40

20

0 120

100

80

60

40

20

0

Б

Кт

К Кс □ 1

Б П

□ 2

Кт К

Ш 3

Кс Б

т 4

П

Изменение ИПБС (% от контроля) почв сухих степей и полупустынь Юга России при загрязнении: А — хромом, Б — медью; В — никелем, Г — свинцом. Почвы: Кт — темно-каштановые, К — каштановые, Кс — светло-каштановые, Б — бурые полупустынные, П — песчаные почвы зоны бурых полупустынных почв. Степень загрязнения: 1 — контроль (без загрязнения), 2 - ПДК, 3 - 10 ПДК, 4 - 100 ПДК.

На основе наиболее информативных биологических показателей определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы [6]. Он был рассчитан по следующим показателям: обилию бактерий рода Мо1оЪа&ег, активности каталазы и дегидрогеназы, целлюлозо-литической активности, длине корней редиса (фитотоксичности). Бактерии рода Л^о1оЪасгег традиционно и успешно используют как индикатор химического загрязнения почвы. Каталазная, дегидрогеназная и целлюлозолитическая активности отражают интенсивность различных биологических процессов в почве. При этом активность ферментов служит показателем потенциальной биологической активности почвы, а скорость разложения полотна характеризует актуальную активность. Каталаза и дегидрогеназа принадлежат к окислительно-восстановительным ферментам — наиболее чувствительным к химическому загрязнению. Длина корней редиса отражает фитотоксические свойства химически загрязненной почвы. Представленный набор показателей дает информативную картину протекающих в почве биологических процессов и ее экологического состояния.

Для расчета ИПБС (табл. 2) значение каждого из пяти указанных выше показателей на контроле (в незагрязненной почве) принимали за 100% и

по отношению к нему выражали в процентах значения в остальных вариантах опыта (в загрязненной почве). Затем определяли среднее значение пяти выбранных показателей для каждого варианта опыта. Использованная методика позволяет интегрировать относительные значения разных показателей, абсолютные значения которых не могут быть объединены в единый показатель, так как имеют разные единицы измерения.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты влияния ТМ на биологические свойства почв сухих степей и полупустынь юга России представлены в табл. 3.

Загрязнение исследованных почв оксидами ТМ приводит к ухудшению их состояния. В большинстве случаев наблюдается достоверное уменьшение всех исследованных показателей, причем уменьшение зависит от природы элемента, его содержания в почве и свойств почвы.

Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее значительное негативное воздействие на биологические свойства почв оказывает оксид хрома. Оксиды свинца, меди и никеля проявили меньшее по силе воздействие.

В большинстве случаев для всех исследованных ТМ зарегистрирована прямая зависимость

Таблица 3. Влияние загрязнения ТМ на биологические свойства почв сухих степей и полупустынь юга России

Показатель Элемент Доза загрязняющего вещества НСР05 Доза загрязняющего вещества НСР05

контроль 1 ПДК 10 ПДК 100 ПДК контроль 1 ПДК 10 ПДК 100 ПДК

Темно-каштановая почва Каштановая почва

Активность Сг 8.7 5.2 2.3 0.7 0.8 8.1 4.6 1.4 0.4 0.7

каталазы, мл О2 на 1 г поч- Си 8.7 8.3 7.5 5.0 0.6 8.1 8.2 7.8 3.9 0.6

вы за 1 мин N1 8.7 7.9 7.7 6.9 0.4 8.1 7.5 7.4 7.0 0.3

РЬ 8.7 8.4 6.8 5.3 0.5 8.1 7.7 6.8 6.6 0.3

НСР05 0.7 0.7 0.6 0.6 0.6 0.6

Активность Сг 34.3 25.4 16.7 10.5 4.3 32.3 19.8 13.7 7.7 4.2

дегидрогена-зы, мг ТТФ Си 34.3 34.6 29.3 30.1 2.9 32.3 32.2 30.5 28.6 2.5

на 10 г почвы за 24 часа N1 34.3 30.1 31.0 25.6 3.1 32.3 29.9 29.6 25.5 2.9

РЬ 34.3 33.9 28.9 25.3 3.4 32.3 30.4 23.7 20.7 3.6

НСР05 3.7 3.9 3.7 3.5 3.4 3.1

Целлюлозо- Сг 100 44 23 11 12 100 10 8 7 13

литическая активность, Си 100 87 92 75 11 100 88 65 60 8

% от контроля N1 100 86 91 70 8 100 94 67 69 8

РЬ 100 96 89 82 9 100 92 85 71 7

НСР05 8 11 9 8 11 9

Обилие бак- Сг 92 64 38 14 10 91 64 33 13 10

терий рода Л10(0Ьае(ег, % Си 92 84 52 49 9 91 80 58 44 9

комочков обрастания N1 92 80 66 42 9 91 82 56

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.

Показать целиком