CC BY
130
УДК 631.81:502.6]:631.445.4
О РАСПРЕДЕЛЕНИИ СОЕДИНЕНИЙ Мп , Си, Ъп, Со, Р1) И СЧ1 В ПОЧВЕННОМ ПРОФИЛЕ ЧЕРНОЗЁМА ВЫЩЕЛОЧЕННОГО АЗОВО-КУБАНСКОЙ НИЗМЕННОСТИ
Гайдукова Нина Георгиевна к.хн., профессор
Терпелец Виктор Иванович д.с.-хн., профессор
Баракин Николай Сергеевич магистрант
Шабанова Ирина Вячеславовна к.хн., доцент
Кубанский государственный аграрный университет, Краснодар, Россия
В статье рассматривается влияние агротехнологий возделывания полевых культур на почвенные показатели и распределение тяжелых металлов по горизонтам чернозёма выщелоченного. Выявлены закономерности распределения валовых и подвижных форм марганца, цинка, свинца, кобальта, меди и кадмия по генетическим горизонтам чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности
Ключевые слова: ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, ГЕНЕТИЧЕСКИЙ ГОРИЗОНТ, ЧЕРНОЗЁМ ВЫЩЕЛОЧЕННЫЙ, ГУМУС, АКТУАЛЬНАЯ И ОБМЕННАЯ КИСЛОТНОСТЬ
UDC 631.81:502.6]:631.445.4
ABOUT DISTRIBUTION OF CONNECTIONS OF Mn, Cu, Zn, Co, Pd AND Cd IN THE SOIL PROFILE OF THE BLACK LEACHED SOIL OF THE AZOV-KUBAN LOWLAND
Gaydukova Nina Georgiyevna Cand.Sci.Chem., professor
Terpelets Victor Ivanovich Dr.Sci.Agr., professor
Barakin Nikolay Sergeyevich postgraduate student
Shabanova Irina Vyacheslavovna
Cand.Sci.Chem., associate professor
Kuban State Agrarian University, Krasnodar, Russia
In this article the influence of agrotechnologies of cultivation of field cultures on soil indicators and distribution of heavy metals on the horizons of the black leached soil is considered. Regularities of distribution of gross and mobile forms of manganese, zinc, lead, cobalt, copper and cadmium on the genetic horizons of the black leached soil of the Azov-Kuban lowland are revealed
Keywords: HEAVY METALS, GENETIC HORIZON, BEACK EEACHED SOIE, HUMUS, ACTUAE AND EXCHANGE ACIDITY
Марганец (Мп), медь (Си), цинк (Ъп), кобальт (Со), свинец (РЬ) и кадмий (Сё) относятся к элементам, содержание которых в почвах измеряется величинами в пределах п-10-2-п10-6 %. Микроэлементы занимают особое место в химии почв, так как участвуют в почвенных биохимических процессах накопления, трансформации и переноса органических соединений в экосистеме, выполняя важную физиологическую роль в жизни растений. От их содержания в почвах зависит урожайность сельскохозяйственных культур, продуктивность животных, здоровье человека. Трудами многих отечественных и зарубежных учёных установлено, что в зависимости от концентрации микроэлементов в почве, они могут играть и положительную, и отрицательную роль [ 1 -3 ].
Во второй половине 20-го века особое значение приобрело загрязнение биосферы тяжёлыми металлами, в перечень которых входит большинство микроэлементов. В программе ООН по мониторингу окружающей среды (ЮНЕП) к наиболее опасным элементам в почве отнесены: РЬ, Сё, Ъп, Си, 8п, V, Сг, Мо, Со,№, Аб, 8Ь, 8е [3]. В этот перечень вошли и
важнейшие микроэлементы (1п, Си, V, Сг, Мо, Со, №), так как при превышении фоновых значений концентрации их в пахотном слое почвы эти элементы рассматриваются как загрязняющие почву тяжёлые металлы. В России в качестве фоновых значений приняты «кларки» металлов, предложенные А. П. Виноградовым в 50-х годах прошлого века [1]. Для оценки степени опасности в почвах того или иного химического элемента разработаны нормативы содержания тяжёлых металлов и металлоидов в почвах [4]. Опасность тяжёлых элементов в чернозёмных почвах оценивают по критерию ПДКподв. - предельно допустимая концентрация подвижных соединений, извлекаемых ацетатно-аммонийным буфером (pH 4,8). Однако единой научной концепции экологического нормирования почв в нашей стране ещё не выработано [5].
Нормативы должны учитывать хозяйственное назначение почв, химический состав и тип почвы. Чернозёмы Кубани - это, в основном, почвы сельскохозяйственного назначения. Учёными края ещё в 20-м веке много внимания было уделено исследованию содержания и распределения микроэлементов (Си, Мо, Со, Мп, В, I) в породах, почвах, поверхностных водах и растениях [6]. Работы Тонконоженко Е. В. Выявили низкую обеспеченность почв Кубани подвижными соединениями меди, кобальта и молибдена. Исследования в этой области М. И. Корсуновой и А. X. Шеуджена установили низкую обеспеченность пахотного слоя чернозёма выщелоченного подвижным цинком, среднюю - медью, высокую - марганцем и кобальтом [7,8]. Чернозём выщелоченный относится к почвам водного режима с периодически промывным типом, что может способствовать выщелачиванию химических элементов из верхних горизонтов в годы с повышенным количеством годовых осадков, и, наоборот, накоплению их в пахотном слое в засушливые годы. Выщелачивание микроэлементов из пахотного слоя имеет агрохимическое значение, а накопление - экологическое.
Согласно результатам исследований, проведенных в 90-е годы прошлого века, на территории Краснодарского края доминирующая роль в загрязнении почв принадлежит Аб, РЬ, Ъъ и в меньшей степени - Си,У, Сг, Мо, Со, №, Сё и другим элементам [9]. Допустимые уровни загрязнения для пахотных угодий и поселений не должны выходить за рамки медицинских нормативов предельно допустимых концентраций - ПДК. В таблице 1 представлены значения допустимых уровней качества суглинистых почв (pH > 5,5) сельскохозяйственного назначения [10,11].
Таблица 1. Допустимые уровни качества суглинистых почв и ПДК, мг/кг.
Элемент Минимальный Фоновый ПДК
ВФ1 ПФ2 ВФ ПФ ВФ ПФ
Медь 4,0 0,5 30,0 4,0 50 5,0
Цинк 20,0 5,0 30,0 8,0 50 23,0
Кобальт 5,0 0,3 10,0 2,0 30,0 5,0
Свинец 5,0 — 26,0 1,2 20 6,0
Кадмий — — 0,3 — 2,0 —
Марганец 250 40 1260 80 1500 140
ВФ1 - валовое содержание; ПФ2 - подвижные формы.
Большинство исследователей изучали содержание тяжёлых металлов в пахотном и подпахотном горизонтах почв различного назначения [9, 11-15]. Миграция тяжёлых элементов в почвенном профиле чернозема выщелоченного изучена мало, поэтому вопрос о внутрипрофильном распределении микроэлементов в почвах сельскохозяйственного назначения является весьма актуальным. Почва является природным буфером, регулирующим перенос химических элементов, в т.ч. загрязняющих веществ, в грунтовые воды и далее в водоёмы. Особую опасность представляют актуально подвижные соединения тяжёлых металлов, способные непосредственно усваиваться растениями, переноситься водой в зоны аккумуляции. Характер распределения тяжёлых металлов в профиле почв сельскохозяйственного назначения имеет важное диагностическое, агрохимическое и экологическое значение.
Цель работы: изучить характер распределения марганца (Мп) , меди (Си), цинка (2п), кобальта (Со), свинца (РЬ) и кадмия (Сё) по профилю чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности в условиях земледелия; провести агроэкологическую оценку влияния удобрений на содержание и миграцию микроэлементов в почвенном профиле.
В задачи исследований входило изучение: водно-физических, химических и
физико-химических свойств почвы по генетическим горизонтам; динамики валового содержания и подвижных соединений тяжёлых металлов в почвенном профиле и расчет элювиально-аккумулятивных коэффициентов элементов с целью прогнозирования возможного загрязнения почвы, продукции растениеводства и грунтовых вод тяжёлыми металлами.
Объекты и методы исследования.
Исследования проводились с 2010 по 2012 гг. в звене 11-польного
зернотравяно-пропашного севооборота стационарного многофакторного опыта на опытном поле Кубанского госагроуниверситета со следующим размещением культур: 2010 г. - озимая пшеница, 2011 г. - яровой ячмень с подсевом люцерны; 2012г. - люцерна 2-го года жизни. Варианты опыта: 0 -без удобрений (контроль), 1 - ЫРК, дозы удобрений: озимая пшеница К6оРзоК2о+^о(в фазу колошения); яровой ячмень с подсевом люцерны ЫгоРгоК-го+Рзо^ь люцерна 2- го года . Исследования проводились на фоне безотвальной
(почвозащитной) обработки почвы. Сумма годовых осадков в 2010, 2011 и 2012 гг. составила соответственно: 768, 840 и 643 мм, среднемноголетнее количество осадков - 643 мм. Промачивание почвы осадками обычно достигает глубины двух и более метров - до материнской породы. Для генетической характеристики почвы образцы отбрали из средней части горизонтов мощностью 10 см и из верхней части материнской породы.
Морфологическое описание генетических горизонтов: горизонт Апах- - 0-20 см, пахотный, воздушно-сухой, слабо уплотнён, тёмно-серый, глинистый, крупнокомковатый, много корней; горизонт А-20-56 см, гумусово-аккумулятивный, тёмно-серый, глинистый, комковатый, много корней, средне уплотнён, тонкопористый; горизонт АВ1 -56-96 см, средняя часть гумусового слоя, слабо увлажнён и слабо уплотнён, тёмно-серый с буроватым оттенком, глинистый, комковатый, тонкопористый, корни растений, кротовины, переход постепенный по окраске; горизонт АВ2 - 96-146 см - нижняя часть гумусового слоя увлажнена, тёмно-серый с буроватым оттенком, средне уплотнён, корни растений, червороины, переход постепенный по окраске; горизонт В -146-190 см - переходный, увлажнён, неоднородно бурый с затёками гумуса, глинистый, непрочно комковатый, средне уплотнён, корни, червороины, в нижней части горизонта карбонатная плесень, переход постепенный по окраске; горизонт С - 190 см и глубже, материнская порода, увлажнён, жёлто-бурый, тяжелосуглинистый, бесструктурный, тонкопористый, карбонатная плесень, белоглазка, пятна СаС03 . По гранулометрическому составу исследуется почва относится к легкоглинистой разновидности с содержанием физической глины по профилю от 63,9 до 59,1 % , илистых частиц от 39,9 до 33,5 %. Уровень обеспеченности валовыми запасами калия и фосфора достаточно высокий: К20 1,9 - 2,0% , Р205 0,18-0,26% [16].
Для исследования химических свойств почвенных образцов применяли апробированные методы: гумус по Тюрину (ГОСТ 26213 - 91); кислотность актуальную и обменную -потенциометрическим (ГОСТ 26423 - 85); содержание подвижных соединений тяжёлых
металлов - методом атомно-абсорбционной спектроскопии в групповой ацетатно-аммонийной вытяжке (pH 4,8); валовое содержание тяжёлых металлов - методом рентгено-флуоресцентного анализа (РФА). Аналитические данные обрабатывали методами математической статистики с использованием пакета программы Excel 5.0.
Результаты исследований и их обсуждение.
Динамика агрофизических свойств чернозема выщелоченного по профилю. В таблице 2 представлены результаты исследования химических и водно-физических свойств почвенных образцов из генетических горизонтов (вариант без удобрений - 0).
Таблица 2 - Химические и водно-физические свойства чернозёма выщелоченного по
профилю (контроль)
Г оризонт Плот-н ость, г/см3 Гумус, % pH (Н20) Максимальная гигроскопичность (МГ), % Влажность завядания, (ВЗ), % Наименьшая влагоёмкость (НВ), %
А 1,23 3,21 6,5 9,5 14,3 35,7
А 1,34 2,80 6,5 9,2 13,8 34,8
AB, 1,41 2,00 6,6 8,8 13,2 34,2
ав2 1,44 1,53 6,9 8,3 12,5 32,4
В 1,46 0,62 7,9 7,3 11,0 31,4
С 1,53 0,44 8,3 6,7 10,1 28,4
Реакция среды почвенного раствора в горизонтах А - АВ2-слабокислая и близка к нейтральной, в переходном горизонте В - слабощелочная в горизонте. В такой среде тяжёлые металлы слабоподвижны. Содержание гумуса невысокое даже в пахотном горизонте, поэтому степень образования прочных комплексов гумуса с тяжёлыми металлами будет небольшой. Однако высокое содержание илистых частиц будет способствовать их сорбции, закреплению в глинистых минералах.
На рисунке 1 показано изменение основных почвенно-морфологических по генетическим горизонтам изучаемой почвы.
Апах, 0-20 А, 20-56 АВ,, 56-96 АВ2, 96-146 В, 146-190 С, 190 и более
Генетический горизонт с Гигроскопичность (max), % ■ Влажность завядания, % (ВЗ) I Влагоемкость (min),%
—
\л 1 л -
Рисунок 1 - Динамика почвенно-гидрологических констант по профилю чернозёма
выщелоченного
Водно-физические свойства почв зависят от их гранулометрического состава, содержания гумуса, структурного состояния, пористости и плотности. Максимальная гигроскопичность чернозёма выщелоченного невысокая (< 10%), наименьшая влагоёмкость находится на среднем уровне, величина влажности устойчивого завядания средняя. Отрицательным свойством чернозёма выщелоченного является его набухание при избыточном увлажнении и образование корки с последующим растрескиванием при высыхании.
На рисунке 2 приведены результаты исследований актуальной и обменной кислотности почвенных образцов из генетических горизонтов.
Апах , 0-20 А , 20-56 АВ-], 56-96 АВ2, 96-146 В, 146-190 С, 190 и более
Генетический горизонт ■ Гироскопичность (тах), % ■ Влажность завядания, % (ВЗ) г Влагоемкость (гтш),%
9
Апах , 0-20 А , 20-56 АВ^, 56-96 АВ2, 96-146 В, 146-190 С, 190 и более
Г енетический горизонт р Н20 ■ КС1
Рисунок 2 - Динамика актуальной и обменной кислотности в профиле чернозёма
выщелоченного
Актуальная кислотность чернозёма выщелоченного по генетическим горизонтам уменьшается: реакция почвенного раствора изменяется от слабокислой (АШХ,А АВ1) до нейтральной (АВ2), слабощелочной и щелочной (В), (С). Обменная кислотность (рНКа) существенно не изменяется вплоть до глубины 100 см: 5,9(АШХ) - 6,2 (АВ2).
Чернозём выщелоченный Западного Предкавказья относится к слабогумусным сверхмощным чернозёмам. Содержание общего гумуса в пахотном горизонте составляет 3,21 %, с глубиной его количество постепенно снижается и в горизонте С не превышает 0,4% (рис. 3). Соотношение между содержанием общего и легкоокисляемым гумусом сохраняется по всему профилю на уровне 1,28 -1,3.
Гумус, %
3,5
Атах, 0-20 АО, 20-56 АВ1, 56-96 АВ2, 96-146 В, 146-190 С, 190 и более
Генетический горизонт
■ общий ■ легко-окисляемый
Рисунок 3 - Динамика общего и легкоокисляемого гумуса в профиле чернозёма выщелоченного Содержание и распределение подвижных соединений Мп, Си, Zn, Со, РЬ и Сс! в профиле чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности.
В таблице 3 приведены результаты исследований почвенных образцов на содержание подвижных соединений Мп, Си, Ъъ., Со, РЬ и Сё в контрольном варианте и в варианте с удобрениями (ЫРК- 1). Минеральные удобрения содержат примеси многих тяжёлых металлов, при этом примеси находятся в виде растворимых солей - нитратов, хлоридов, сульфатов. Внесение удобрений вызывает накопление подвижных соединений этих элементов в пахотном горизонте [13,14]. Для оценки степени накопления их в генетических горизонтах были рассчитаны коэффициенты накопления (КН): КН = судУ с0, где схч) и с0- концентрация элемента в почвенном горизонте соответственно в варианте с удобрениями суд и в контрольном с о (табл.4).
Накопление подвижных соединений марганца при внесении удобрений выявлено в пахотном горизонте до 40%, подпахотном А - до 30%, горизонте АВ! - до 12% , горизонте АВ2 -до 32%. Для подвижных соединений меди наблюдается противоположное распределение: в пахотном слое выявлено снижение содержания, в остальных горизонтах идёт накопление, достигая максимума в горизонте С.
Применение удобрений способствует накоплению в пахотном горизонте подвижных соединений Ъъ., Со и РЬ. В последующих горизонтах распределение этих элементов различно. Таблица 3 - Содержание подвижных соединений микроэлементов в генетических горизонтах
чернозёма выщелоченного, мг/кг сухой почвы.
Г оризонт Вариант Мп Си Хп Со РЬ Cd
А ^пах (0-20 см) контроль 46,0 0,205 0,630 0,150 0,430 0,038
№»К(1) 64,5 0,170 0,775 0,265 0,510 0,038
А (20- 56 см) контроль 35,5 0,105 0,375 0,100 0,180 0,032
№»К(1) 45,5 0,140 0,200 0,225 0,380 0,031
АВ, (56 - 96 см) контроль 24,5 0,155 0,320 0,105 0,255 0,030
№»К(1) 27,5 0,205 0,545 0,145 0,410 0,027
ав2 (96- 146 см) контроль 17.0 0,150 0.185 0,105 0,265 0.028
№»К(1) 22.5 0,175 0.195 0,105 0,400 0,026
В(146 -190 см) контроль 15,5 0.180 0.385 0,075 0.340 0.028
№»К(1) 14.5 0.295 0,300 0,070 0,530 0,052
С (190 и более см) контроль 20.5 0.185 0.300 0,100 0,380 0,029
№»К(1) 13,5 0.430 0.550 0,075 0,740 0,066
при Р= 0.95, п =4 ±(1,0-1,5) ±(1,0-2.0)-10-2 ±(1,0- 1.5) 10-2 ±1.5 10-3
Цинк вымывается из подпахотного горизонта (КН = 0,53), накапливаясь в горизонтах АВ! и С. Кобальт концентрируется в подпахотном горизонте, затем содержаниеего подвижных соединений равномерно снижается и в горизонтах В и С ниже, чем в контрольном варианте. Свинец накапливается при внесении удобрений во всех нижеследующих горизонтах, в большей степени в горизонтах А! (КН=2,11) и С (КН= 1,95). Удобрения вызывают значимое увеличение содержания подвижного кадмия в горизонтах В(КН = 1.86) и С (КН = 2,28).
Накопление подвижных соединений элементов в нижних горизонтах свидетельствует о миграции их по почвенному профилю.
Содержание подвижных соединений марганца и кобальта в нижних горизонтах (В и С) при внесении удобрений снижается по сравнению с контролем. Марганец и кобальт, как микроэлементы, активно выносятся с урожаем, внесение удобрений способствует увеличению вегетативной массы растений и, как следствие, повышению выноса элементов.
Таблица 4 - Влияние удобрений на накопление подвижных форм элементов в генетических
горизонтах
горизонт Мп
А пах (0-20 см) 1,40 0,83 1,23 1,79 1Д9 1,00
А (20- 56 см) 1,30 1,33 0,53 2,25 2,11 0,97
АВ1 (56 - 96 см) 1,12 1,32 1,70 1,38 1,61 0,90
АВ2 (96. 146 СМ) 1,32 1Д7 1,05 1,00 1,51 0,93
В(146 - 190 см) 0,94 1,64 0,78 0,93 1,56 1,86
С (190 и более см) 0,66 2,32 1,83 0,75 1,95 2,28
Миграцию химических элементов в почвенном профиле характеризуют элювиально-аккумулятивные коэффициенты Кэ_а: Кэ_а= сг<. см п , где сгг и смм -концентрации химического элемента соответственно в генетическом горизонте почвы сгг и материнской породе смж . При значении Кэ.а< 1 элемент аккумулируется в материнской породе, Кэ.а> 1 -элемент аккумулируется в генетическом горизонте. На рисунке 4 показана динамика изменения элювиально-аккумулятивных коэффициентов подвижных соединений тяжёлых металлов в контрольном варианте (слева) и в варианте с удобрениями (справа).
Кэ-а
4
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0,5
0
Гумус, %
3.5 3
2.5 2
1.5 1
0,5 0
Рисунок 4 - Элювиально-аккумулятивные коэффициенты подвижных соединений тяжёлых
металлов в профиле чернозёма выщелоченного.
В варианте без удобрений элювиально-аккумулятивные коэффициенты подвижных соединений всех изучаемых элементов в пахотном горизонте больше единицы, но значимо процесс аккумуляции в пахотном горизонте выявлен для подвижных соединений марганца, цинка и кобальта. Этот процесс, вероятно, обусловлен атмосферными выпадениями. В подпахотном горизонте существенно изменяются элювиально-аккумулятивные коэффициенты подвижных соединений меди и свинца - меньше единицы, что указывает на миграцию соединений этих элементов в нижние горизонты и процесс их аккумуляции в материнской породе. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты подвижных соединений цинка, кобальта
Апах , 0-20 А , 20-56 АВ1, 56-96 АВ2, 96-146 8,146-190 С, 190 и более
Генетический горизонт
и общий ■ легко-окисленный
Генетические горизонты
и кадмия в горизонтах АВЬ АВ2 и В колеблются в пределах единицы, что указывает на малую миграцию этих соединений по профилю изучаемой почвы.
В варианте с удобрениями отмечен резкий рост элювиально-аккумулятивных коэффициентов подвижных соединений кобальта в пахотном и подпахотном горизонтах (3,5 и 3,0) и марганца (3,4) в подпахотном, в горизонтах АВ! и АВ2 коэффициенты этих элементов остаются выше единицы, в горизонте В равны единице. Следовательно, подвижные соединения Мп и Со аккумулируются в верхних горизонтах. Элювиально-аккумулятивные коэффициенты подвижных соединений меди, свинца и кадмия меньше единицы по всему профилю, что свидетельствует о процессе аккумуляции подвижных соединений этих элементов в материнской породе. Распределение подвижных соединений цинка по профилю при внесении удобрений отличается от контрольного варианта:элювиально-аккумулятивные коэффициенты изменяются от 1,4 (Апах) до 0.4 -0,5 (А, АВ2 и В), в горизонте АВ1 коэффициент равен единице, что указывает на перенос соединений цинка из подпахотного слоя.
На процесс миграции соединений по профилю почвы влияют многие факторы: физико-химические и агрофизические свойства почвы, водный режим, система обработки почвы, погодные условия. В таблице 5 приведены значения коэффициентов корреляции содержания подвижных соединений изучаемых элементов с физико-химическими свойствами чернозёма выщелоченного.
Прямая зависимость содержания подвижных соединений в почве от гумуса выявлена для марганца (г = 0,89), кобальта (г = 0,73), кадмия (г = 0,63) и цинка (г = 0,59). Коэффициенты корреляции содержания подвижных соединений меди и свинца показывают, что с увеличением гумуса подвижность этих элементов уменьшается. Это объясняется тем, что медь и свинец образуют с гумусом более прочные комплексы при pH >5. Устойчивость комплексов тяжёлых металлов с гумусом уменьшается в последовательности: Си>РЬ>Ге>№>Мп>Со>7п С<±
Таблица 5 - Взаимосвязь содержания подвижных соединений элементов с
физико-химическими свойствами чернозёма выщелоченного (контроль).
Почвенные показатели Коэффициенты корреляции
Мп Си Со РЬ Cd
Гумус 0,8878 -0,1201 0,5884 0,7291 -0,1741 0,6281
Актуальная кислотность -0,6412 0,3189 -0,2925 -0,5914 0,4130 -0,3844
Плотность -0,9131 -0,1313 -0,7862 -0,7664 -0,0837 -0,6042
Максимальная гигроскопичность -0.0064 0,7305 0,1926 0,5185 0,6193 0,4795
Валовое солержание железа (Ре2 03) -0,8221 -0,3364 -0.8535 -0,6072 -0.3871 -0.8319
Влияние реакции среды почвенного раствора на подвижность тяжёлых металлов различно: прямая зависимость установлена только для меди и свинца, что обусловлено уменьшением устойчивости их комплексов при pH > 7. Марганец, цинк, кобальт и кадмий в нейтральной и слабощелочной среде переходят в труднорастворимые соединения, в основном, оксиды, гидроксиды, фосфаты. Увеличение валового содержания железа снижает подвижность всех изучаемых элементов. Соединения железа, в частности, оксиды (Ре2 03 ) сорбируют на своей поверхности ионы тяжёлых металлов и это одна из причин уменьшения их подвижности с увеличением pH. Исходя из значений коэффициентов корреляции можно расположить изучаемые тяжёлые металлы в порядке прочности закрепления их оксидами железа: 7п>Сс1>Мп>Со>РЬ>Си. С увеличением гигроскопичностивозрастает подвижность соединений меди, свинца, кобальта и кадмия. Увеличение плотности почвы отрицательно сказывается на подвижности соединений всех изучаемых элементов, особенно для марганца, цинка и кобальта.
Таким образом, чернозём выщелоченный по своим физико- химическим свойствам обладает способнотью связывать тяжёлые металлы в слабоподвижные соединения. Содержание подвижных форм меди, цинка, кобальта по всему профилю ниже фона, что вызывает дефицит этих микроэлементов для растений. Пахотный горизонт достаточно обеспечен подвижным марганцем. Внесение удобрений повышает содержание подвижных соединений марганца на 40%, кобальта - на 79% и цинка - на 23%.
Распределение валового содержания Мп, Си, Ъп, Со, РЬ и Сс1 по профилю чернозёма
выщелоченного Азово-Кубанской низменности.
В таблице 6 приведены результаты исследований почвенных образцов на валовое содержание Мп, Си, Ъп, Со иРЬ методом рентгено-флуоресцентного анализа.
Погрешность рентгено-флуоресцентного анализа возрастает при низких концентрациях элементов, поэтому валовое содержание кадмия не определяли, погрешность для свинца и кобальта превышает допустимую и в этом случае можно говорить лишь о диапазоне концентраций. Валовое содержание меди и цинка выше ПДК в контрольном варианте во всех горизонтах, марганца, кобальта и свинца - ниже ПДК. При внесении удобрений в почву
увеличивается содержание марганца, меди и цинка в пахотном и подпахотном горизонтах, но изменения находятся в пределах погрешности анализа.
На рисунке 5 показана динамика элювиально-аккумулятивных коэффициентов для валового содержания тяжёлых металлов по профилю изучаемой почвы. В контрольном варианте элювиально-аккумулятивные коэффициенты Мп, Си, Ъл практически равны единице, следовательно, распределение валового содержания этих элементов по профилю равномерное. Таблица 6 - Динамика валового содержания тяжёлых металлов по генетическим горизонтам
чернозёма выщелоченного, мг/кг сухой почвы.
Г оризонт Вариант Мп Си Ъп Со РЬ Те203 ,г/кг
А ^пах (0-20 см) контрол ь 731 62 74 22 23 56,08
КРК(1) 742 73 76 16 13 56,17
А (20- 56 см) контрол ь 725 64 75 23 21 56,92
КРК(1) 726 71 76 13 9 57,09
АВ, (56 - 96 см) контрол ь 729 68 73 21 12 58,27
КРК(1) 726 66 72 11 7 56,35
ав2 (96- 146 см) контрол ь 729 66 72 15 16 57,72
КРК(1) 726 68 76 19 13 56,96
В(146 -190 см) контрол ь 709 67 74 21 13 57,40
КРК(1) 632 54 70 18 12 50,9
С (190 и более см) контрол ь 702 65 75 10 16 57,76
КРК(1) 589 50 68 18 12 48,78
при Р= 0.80, п =6 ±59 ±23 ±13, 5 ± 6,5 ±3,5 ±5,5
Элювиально-аккумулятивные коэффициенты РЬ во всех горизонтах больше единицы, что http://ej.kubagro.ru/2014/01/pdf/47.pdf
указывает на аккумуляцию его в верхних слоях - преимущественно в горизонтах: Ашх-, А, АВь Применение удобрений приводит к некоторому накоплению валового содержаниями и в большей степени Си в верхних горизонтах(Ашх., А, АВ|) чернозёма выщелоченного. Характер распределения валового содержания цинка по профилю чернозема выщелоченного при внесении удобрений практически не изменяется и является равномерным.
А пах А АВ-| АВ2 В Апах А АВ^ АВ2 В
без удобрений Мп ■ Си 1п Со ■ РЬ при внесении удобрений
Генетические горизонты
тах 1 2
Рисунок 5 - Элювиально-аккумулятивные коэффициенты валового содержаниятяжёлых металлов в почвенном профиле чернозёма выщелоченного.
Вносимые удобрения вызывают перераспределение свинца и кобальта: идёт процесс переноса их соединений в нижние горизонты - АВ2и В (РЬ), В(Со). Влияние удобрений на
характер перераспределения свинца и кобальта может быть обусловлено увеличением кислотности почвенного раствора в верхних горизонтах, особенно при внесении азотных удобрений.
Заключение
В генетических горизонтах чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности содержание подвижных соединений марганца, меди, цинка,кобальта, свинца и кадмия ниже предельно допустимой концентрации, что имеет важное экологическое значение.
В пахотном горизонте аккумулируются подвижные соединения марганца,цинка, кобальта и кадмия. По профилю распределение подвижных форм тяжёлых металлов различно: для марганца и цинка распределение носит плавно убывающий характер по мере уменьшения кислотности; распределение кобальта и кадмия - равномерное; содержание меди и свинца резко уменьшается в подпахотном горизонте (в 2раза), затем плавно возрастает по профилю в связи с разрушением комплексов с гумусовыми веществами.
Содержание подвижных соединений меди, цинка и кобальта по всему профилю ниже фона, что указывает на дефицит этих важных микроэлементов в чернозёме выщелоченном Азово-Кубанской низменности.
Минеральные удобрения вызывают некоторое перераспределение тяжёлых металлов по профилю чернозёма выщелоченного: подвижные соединения марганца накапливаются в подпахотном слое, цинка - в горизонте АВЬ свинец и кадмий - в горизонте В.
Валовое содержание соединений меди и цинка выше ПДК по всему профилю чернозёма выщелоченного. Коллоидные, глинистые, гумусовые вещества и оксиды железа сорбируют их ионы или образуют трудно растворимые соединения, что способствует накоплению валового содержания этих элементов.
Распределение валового содержания Мп, Си, Ъп иСо по профилю чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности носит равномерный характер. Минеральные удобрения вызывают перераспределение валового содержания свинца - он аккумулируется в горизонтах АВ2 и В.
Миграция соединений Мп, Си, Ъп, Со, РЬ и Сё по профилю чернозёма выщелоченного Азово-Кубанской низменности слабая, что обусловлено его физико-химическими свойствами: высоким содержанием глинистых частиц, оксидов железа, нейтральной и слабо щелочной реакцией среды почвенного раствора.
Литература
1. Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеивание. М.: Мысль, 1983. - 272 с.
2. Ковальский В.В., Андрианова Т.А. Микроэлементы в почвах СССР. М.: Наука, 1970. - 179 с.
3. Состояние окружающей среды. Программа ООН по окружающей среде. М.: ВИНИТИ, 1980. - 162 с.
4. Водяницкий Ю.Н. Нормативы содержания тяжелых металлов и металлоидов в почвах // Почвоведение. -2012.-№3,-С. 368-375
5. Яковлев А.С., Евдокимова М.В. Экологическое нормирование почв и управление их качеством // Почвоведение. -2011. - № 5. С.582-596
6. Тонконоженко Е.В. Микроэлементы в почвах Кубани и применение микроудобрений. Краснодар: КубГАУ, 1973. - 111 с.
7. Корсунова М.И. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов на Кубани. Краснодар: КубГАУ, 2006. - 231
8. Шеужден А.Х., Хурум Х.Д., Лебедовский И.А. Микроэлементы и формы их соединений в почвах Кубани. Майкоп: Адыгея, 2008. - 56 с.
9. Резников Н.В., Холостяков А.М., Селиверстов В.В., Андрющенко В.Ю. Карта загрязнения химическими элементами почв Краснодарского края и республики Адыгея. Саратов: - «Роскартография», 2000.
10. ГН 2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве
11. Медведев В.В., Лактионова Т.Н. Анализ опыта европейских стран в проведении мониторинга почвенного покрова // Почвоедение, 2012. - № 1. - С. 106-114
12. Гайдукова Н.Г., Кошеленко Н.А., Сидорова ИИ, Шабанова И.В. О возможности чернозёма
выщелоченного Кубани инактивировать особо опасные тяжелые металлы // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - Краснодар: КубГАУ, 2010. - №61(07). - Режим доступа:
http://ej.kubagro.ru/2010/07/pdf/04.pdf
13. Нещадим Н.Н., Гайдукова Н.Г., Сидорова ИИ, Шабанова И.В. Об экологических рисках, связанных с накоплением свинца и кадмия в зерне озимой пшеницы, выращенной на чернозёме выщелоченном Западного Предкавказья // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - В.3(39). -Краснодар: Кубанский ГАУ, 2012.-С 115-119
14. Малюга Н.Г., Гайдукова Н.Г., Букреев П.Т., Шабанова И.В. Последействие навоза на содержание микроэлементов в черноземе выщелоченном Кубани // Труды Кубанского государственного аграрного университета. - В.3(39). -Краснодар: Кубанский ГАУ, 2012. - С 87-91
15. Лебедовский И.А. Агрохимическая и экологическая оценка чернозёма выщелоченного Западного Предкавказья на содержание тяжелых металлов в условиях длительного применения удобрений под озимые колосовые культуры: автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. Краснодар:КубГАУ, 2009. -21 с.
16. Баракина Е.Е. Агроэкологическое состояние плодородия чернозема выщелоченного Западного Предкавказья при возделывании сельскохозяйственных культур: автореф. дис. канд. с.-х. наук. Краснодар: КубГАУ, 2011. -24с.
References
1. Dobrovol'skij V.V. Geografija mikrojelementov. Global'noe rasseivanie. М.: Mysl', 1983. -272 s.
2. Koval'skij V.V., Andrianova T.A. Mikrojelementy v pochvah SSSR. М.: Nauka, 1970. - 179 s.
3. Sostojanie okruzhajushhej sredy. Programma OON po okruzhajushhej srede. М.: VINITI, 1980. - 162 s.
4. Vodjanickij Ju.N. Normativy soderzhanija tjazhelyh metallov i metalloidov v pochvah // Pochvovedenie. - 2012. - № 3. - S. 368-375
5. Jakovlev A.S., Evdokimova M.V. Jekologicheskoe normirovanie pochv i upravlenie ih kachestvom // Pochvovedenie. -2011. - № 5. S.582-596
6. Tonkonozhenko E.V. Mikrojelementy v pochvah Kubani i primenenie mikroudobrenij. Krasnodar: KubGAU, 1973. - 111 s.
7. Korsunova M.I. Biogeohimija i agrohimija mikrojelementov na Kubani. Krasnodar: KubGAU, 2006. - 231 s.
8. Sheuzhden A.H., Hurum H.D., Lebedovskij I.A. Mikrojelementy i formy ih soedinenij v pochvah Kubani. Majkop: Adygeja, 2008. - 56 s.
9. Reznikov N.V., Holostjakov A.M., Seliverstov V.V., Andijushhenko V.Ju. Karta zagijaznenija himicheskimi jelementami pochv Krasnodarskogo kraja i respubliki Adygeja. Saratov: - «Roskartografija», 2000.
10. GN 2.1.7.2041-06 Predel'no dopustimye koncentracii (PDK) himicheskih veshhestv v pochve
11. Medvedev V.V., Laktionova T.N. Analiz opyta evropejskih stran v provede-nii monitoringa pochvennogo pokrova//Pochvoedenie, 2012. - № 1. - S. 106-114
12. Gajdukova N.G., Koshelenko N.A., Sidorova I.I., Shabanova I.V. О vozmozhnosti chernozjoma vyshhelochennogo Kubani inaktivirovat' osobo opasnye tjazhelye metally // Nauchnyj zhumal KubGAU [Jelektronnyj resurs], - Krasnodar: KubGAU, 2010. - №61(07). - Rezhim dostupa: http://ej.kubagro.ru/2010/07/pdf/04.pdf
13. Neshhadim N.N., Gajdukova N.G., Sidorova I.I., Shabanova I.V. Ob jekologiche-skih riskah, svjazannyh s nakopleniem svinca i kadmija v zeme ozimoj pshenicy, vy-rashhennoj na chemozjome vyshhelochennom Zapadnogo Predkavkaz'ja // Trudy Kubanskogo gosudarstvennogo agramogo universiteta. - V.3(39). -Krasnodar: Kubanskij GAU, 2012.-S 115-119
14. Maljuga N.G., Gajdukova N.G., Bukreev P.Т., Shabanova I.V. Posledejstvie na-voza na soderzhanie mikrojelementov v chernozeme vyshhelochennom Kubani // Trudy Ku-banskogo gosudarstvennogo agramogo universiteta. - V.3(39). -Krasnodar: Kubanskij GAU, 2012. - S 87-91
15. Lebedovskij I.A. Agrohimicheskaja i jekologicheskaja ocenka chernozjoma vyshhe-lochennogo Zapadnogo Predkavkaz'ja na soderzhanie tjazhelyh metallov v uslovijah dli-tel'nogo primenenija udobrenij pod ozimye kolosovye kul'tury: avtoref. dis. ... kand. s.-h. nauk. Krasnodar: KubGAU, 2009. -21 s.
16. Barakina E.E. Agrojekologicheskoe sostojanie plodorodija chemozema vyshhelo-chennogo Zapadnogo Predkavkaz'ja pri vozdelyvanii sel'skohozjajstvennyh kul'tur: avtoref. dis. kand. s.-h. nauk. Krasnodar: KubGAU, 2011. -24s.
