АГРОХИМИЯ, 2003, № 1, с. 45-49
Экотоксикология
УДК 631.879.25:631.445.24:546.46:546.815
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КАДМИЯ И СВИНЦА В ПРОФИЛЕ ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЫ ПРИ ДЛИТЕЛЬНОМ УДОБРЕНИИ ЕЕ ОСАДКАМИ СТОЧНЫХ ВОД1
© 2003 г. В. Г. Минеев, Е. Ю. Анциферова, Т. Н. Болышева, В. А. Касатиков*
Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения,
119899 Москва, Ленинские горы * Всероссийский научно-исследовательский проектно-технологический институт органических удобрений и торфа, 601390 Владимирская обл., Судогодский р-он, п. Вяткино,
Поступила в редакцию 27.07.2002 г.
Длительное применение возрастающих доз осадков сточных вод на дерново-подзолистой супесчаной почве способствовало накоплению в пахотном и подпахотном горизонтах свинца и кадмия в количествах, превышающих ПДК. Использование извести в качестве мелиоранта снизило миграцию органического вещества в подпахотный горизонт и способствовало большему, по сравнению с вариантами, где известь не использовалась, накоплению тяжелых металлов в корнеобитаемом слое почвы.
ВВЕДЕНИЕ
Внесение осадков сточных вод (ОСВ) в качестве органического удобрения является общепринятой практикой как у нас в стране, так и за рубежом. Известно, что по эффективности многие осадки сточных вод не уступают традиционным органическим и минеральным удобрениям [1-3]. В этой связи в пригородах многих российских городов ОСВ применяли регулярно в течение многих лет, что создало опасную экологическую ситуацию, поскольку многие ОСВ загрязнены тяжелыми металлами (ТМ) и другими токсикантами.
Для снижения поступления ТМ в растения на почвах, удобряемых ОСВ, традиционно предлагаются такие приемы, как внесение извести, цеолитов, глины, торфа и других сорбентов органической и неорганической природы [4-10]. В гумид-ном климате большую актуальность приобретает вопрос миграции ТМ. Перемещение в почвенном профиле с нисходящими потоками в нижележащие горизонты некоторых ТМ может происходить в связанных с органическим веществом растворенных соединениях, особенно это характерно для кадмия, цинка и ртути [11]. Вмывание ТМ, с одной стороны, приводит к загрязнению высоко залегающих грунтовых вод, с другой стороны, миграция ТМ в нижележащие горизонты - один из способов естественного самоочищения пахотного горизонта почв. Особенно актуально исследование транслокации ТМ в загрязненных песчаных и супесчаных почвах, где миграционные процессы протекают наиболее интенсивно. Целью настоящего исследования являлось изучение пе-
1 Работа выполнена при поддержке РФФИ, проект < 01-0565-443.
рераспределения ТМ в профиле дерново-подзолистой супесчаной почвы при длительном систематическом использовании ОСВ и извести.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИИ
Исследования проводили в многолетнем стационарном опыте, заложенном в опытном хозяйстве ВНИПТИОУ на дерново-подзолистой супесчаной почве, сформировавшейся на двучленных ледниковых отложениях. Пахотный и иллювиальный (подпахотный) горизонты находятся в толще супесчаного отложения, перекрывающего тяжелый моренный (остаточно-карбонатный) суглинок. При закладке опыта почва характеризовалась следующими агрохимическими показателями: рИ^о 5.7, Нг - 30 мг-экв/кг почвы, Сорг - 0.41%;
о - 31 мг-экв/кг почвы, Р2О5 - 53 мг/кг почвы, К2О - 22 мг/кг почвы.
Опыт заложен в 1984 г. Ежегодно в почву на фоне 9 т/га извести вносили 15 и 120 т/га (при 50%-ной влажности) ОСВ Владимирской станции аэрации.
Известь вносили один раз за ротацию севооборота по 2 г.к. - 9 т/га. Ее действие на подвижность ТМ в почве заключалось не только в нейтрализации почвенного раствора, но и в сорбции ТМ [12]. Минеральные удобрения в опыте не применяли.
Последовательность культур севооборота: озимая пшеница, ячмень, овес, клевер. Под клевер ОСВ не вносили. Агротехника возделывания культур - общепринятая для Нечерноземной зоны.
За период с 1984 по 2000 гг. было проведено 4 известкования, а ОСВ вносили 12 раз. Исполь-
10
10
20 30 §40 50 60 70 80
20
(а) 30
40
мг/кг 50 60
(б)
(в) мг/кг
100 200 300 400 500 600
10
20 30 м40
о
50 60 70 80
10
20 30 м40
о
50 60 70 80
10
20
30
40
мг/кг 50
(г) мг/кг
50 100 150 200 250 300 350
Рис. 1. Профильное распределение элементов в дерново-подзолистой почве при внесении 15 т/га ОСВ (а - вытяжка HCl, б - вытяжка ААБ) и 120 т/га ОСВ (в - вытяжка HCl, г - вытяжка ААБ).
0
0
0
зованные в опыте осадки сточных вод содержали такие элементы-загрязнители первого класса опасности, как кадмий и свинец в количествах 80 и 120 мг/кг сухого вещества соответственно, содержание кадмия и свинца в извести составляло 5.5 мг/кг и 37.5 мг/кг соответственно.
Почвенные пробы отбирали в августе 1999 и 2000 гг., после уборки урожая с помощью агрохимического бура с глубин 0-20 см (пахотный горизонт), 20-40 см (подпахотный горизонт), 40-60 см, 60-80 см и 80-100 см. В отобранных образцах определяли кислоторастворимые формы ТМ в вытяжке 1 М НС1, обменные формы в вытяжках 1 М ацетатно-аммонийного буфера с рН 4.8, а также валовое содержание свинца и кадмия методом атом-но-абсорбционной спектрофотометрии. Для определения валового содержания элементов почвенные образцы разлагали методом кислотной варки в концентрированной азотной кислоте с добавлением перекиси водорода [13].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Изучение распределения ТМ по профилю почвы показало, что основная масса свинца и кадмия сосредоточена в слое 0-40 см, миграцию ТМ в бо-
лее глубокие горизонты сдерживал залегающий на глубине 50-60 см мощный водоупор - моренный тяжелый суглинок. Профильное распределение всех изучавшихся металлов, вне зависимости от дозы внесения осадка сточных вод, имело сходные характеристики (рис. 1).
Максимальные концентрации обменно-погло-щенных и кислоторастворимых форм кадмия и свинца были приурочены к пахотному горизонту (0-20 см), в слое 20-60 см происходило снижение концентраций, а в слое 60-100 см концентрации металлов оставались на уровне контрольного варианта.
Соединения большинства тяжелых металлов труднорастворимы в воде и, как следствие, малоподвижны. Поэтому справедливо предположить, что миграция ТМ вниз по профилю происходит в составе органического вещества осадков. При внесении возрастающих доз ОСВ на известковом фоне содержание органического углерода в пахотном горизонте выше, чем на вариантах, где вносился только осадок. В подпахотном же горизонте, напротив, на вариантах с совместным внесением извести и ОСВ содержание органического углерода было ниже, чем на вариантах без извести (рис. 2).
Можно сделать вывод о том, что органическое вещество при внесении ОСВ весьма подвижно и легко мигрирует вниз по профилю, а внесение извести способствует закреплению органики в пахотном горизонте. Это благоприятно отражается на агрохимических показателях, но, предполагая связь металлов с органическим веществом осадков, мы можем ожидать, что внесение извести способствует накоплению в пахотном горизонте не только органического вещества, но и элементов-загрязнителей.
Как видно из табл. 1, на вариантах с совместным внесением извести и ОСВ в пахотном горизонте валовое содержание кадмия и свинца было выше, нежели на вариантах без извести. При внесении извести и 15 т/га ОСВ этот показатель для кадмия был выше на 31% по сравнению с вариантом без внесения извести. Для свинца разница составляла 16%. На варианте с максимальной дозой ОСВ при внесении извести валовое содержание кадмия увеличилось на 9.4% по сравнению с вариантом, где вносили только ОСВ, а свинца - на 3.1%. Следует отметить, что валовое содержание кадмия на всех изучавшихся вариантах превышало предельно допустимые концентрации в 1.5-13 раз, в случае же со свинцом этот показатель колебался от 1.3 до 2.5 раза.
В подпахотном горизонте наблюдали обратную картину - на вариантах, где вносили только осадок, валовое содержание элементов было выше, чем на вариантах с внесением извести и ОСВ. Изучение общего запаса кадмия и свинца в слое почвы 0-40 см показало, что при совместном внесении извести и ОСВ вниз по профилю мигрировало от 27 до 31% от валового запаса кадмия и от 24 до 40% от валового запаса свинца. Тогда как при внесении только осадка миграция кадмия уве-
%
15т ОСВ 60т ОСВ
Контроль 30т ОСВ 120т ОСВ
Щ Без извести
УЛ ОСВ + 9 т/га извести
Рис. 2. Содержание органического углерода в дерново-подзолистой почве при внесении ОСВ и извести: а - 0-20 см, б - 20-40 см.
личивалась до 36-48%, а свинца до 34-48% валового запаса.
Валовое содержание элементов не характеризует питание растений. Для оценки биодоступно-
Таблица 1. Содержание различных форм кадмия и свинца в пахотном горизонте дерново-подзолистой почвы
Валовое содержание, Кислоторастворимые формы, Обменно-поглощенные формы,
Вариант мг/кг почвы % от валового содержания % от валового содержания
1999 г. 2000 г. 1999 г. 2000 г. 1999 г. 2000 г.
Cd
Контроль 0.67 0.50 93.0 80.0 3.75 4.13
9 т извести + 15ОСВ 9.78 4.35 92.3 98.8 27.1 44.8
9 т извести + 120т ОСВ 40.86 31.13 93.5 59.2 21.0 27.0
15т ОСВ 6.77 3.44 93.1 58.1 22.8 52.3
120т ОСВ 36.99 31.01 91.8 36.4 20.2 33.1
РЬ
Контроль 2.71 2.40 63.8 45.8 0.18 2.08
9 т извести + 15ОСВ 38.50 6.23 79.9 96.6 0.15 2.94
9 т извести + 120т ОСВ 76.78 32.46 70.6 79.8 0.07 0.47
15т ОСВ 32.53 6.01 78.8 78.2 0.13 6.66
120т ОСВ 74.41 29.4 67.6 59.5 0.07 0.33
Таблица 2. Содержание кадмия и свинца в зеленой массе клевера первого (1999 г.) и второго (2000 г.) года пользования, мг/кг сухого вещества
Вариант Cd РЬ
1-й год пользования 2-й год пользования 1-й год пользования 2-й год пользования
Контроль <0.005 <0.005 <0.01 <0.01
9 т извести + 15ОСВ 0.30 0.17 0.11 0.03
9 т извести + 120т ОСВ 1.44 0.47 0.19 0.07
15т ОСВ 0.24 0.21 0.05 0.04
120т ОСВ 0.80 0.51 0.06 0.08
сти тяжелых металлов было изучено содержание кадмия и свинца в вытяжке ацетатно-аммонийно-го буфера, характеризующей уровень биодоступности элементов для растений. Известкование не способствовало снижению перехода ТМ в вытяжку ААБ. На вариантах с внесением извести доля подвижного кадмия в почве превышала аналогичный п
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.