CC BY
305
ИЗВЕСТИЯ
ПЕНЗЕНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ПЕДАГОГИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА имени В. Г. БЕЛИНСКОГО ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ № 29 2012
IZVESTIA
PENZENSKOGO GOSUDARSTVENNOGO PEDAGOGICHESKOGO UNIVERSITETA imeni V. G. BELINSKOGO NATURAL SCIENCES № 29 2012
УДК 502.6
ПРИЕМЫ ДЕТОКСИКАЦИИ ХИМИЧЕСКИ ЗАГРЯЗНЁННЫХ ПОЧВ
© С. Ю. ЕФРЕМОВА Пензенская государственная технологическая академия, кафедра биотехнологии и техносферной безопасности e-mail: [email protected]
Ефремова С. Ю. - Приемы детоксикации химически загрязнённых почв // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. 2012. № 29. С. 379-382. - Статья посвящена изучению приемов снижения подвижности тяжелых металлов и поступления в растения, выращенных на почвах испытывающих значительное загрязнение. Показано, что используя мелиоративные приемы, можно регулировать их подвижность. Выявленный характер изменений в количестве подвижных соединений тяжелых металлов и мышьяка следует учитывать при разработке мероприятий по умень -шению их токсичности на загрязненных почвах.
Ключевые слова: серые лесные почвы, тяжелые металлы, мышьяк, известкование, биогумус, минеральные удобрения.
Efremova S. Y. - Detoxication Receptions Chemically polluted soils // Izv. Penz. gos. pedagog. univ. im.i V.G. Belinskogo. 2012. № 29. P. 379-382. - Article is devoted studying of receptions of decrease in mobility of heavy metals and receipts in the plants, grown up on soils testing considerable pollution. It is shown that using meliorative receptions, it is possible to regulate their mobility. The revealed character of changes in quantity of mobile connections of heavy metals and arsenic should be considered by working out of actions for reduction of their toxicity on the polluted soils.
Keywords: gray wood soils, heavy metals, arsenic, liming, a biohumus, mineral fertilizers.
Мероприятия, с помощью которых снижаются отрицательные последствия распространения тяжелых металлов (ТМ) в окружающей среде должны быть направлены, прежде всего, на предупреждение загрязнения объектов окружающей среды, разработку новых приемов экологически безопасного воздействия на окружающую среду, в том числе на продукцию, потребляемую человеком и сельскохозяйственными животными [4, 7, 12].
Большую роль в локализации загрязнения, создаваемого автотранспортом, играют зеленые насаждения. Они служат естественным барьером на пути рассеяния свинца. За защитными посадками загрязнение снижается в 1.5-2.0 раза [9]. Вдоль автострад с интенсивным движением считают необходимым устанавливать полосы отчуждения шириной не менее 100м. Эти полосы не должны использоваться под огороды и пастбища. В некоторых случаях требуется вводить ограничения на сельскохозяйственное использование более удаленных участков, в частности, не выращивать листовые овощи, накапливающие на поверхности листьев оседающий из воздуха свинец [10].
В промышленных зонах для реабилитации химически загрязнённых почв необходим комплекс мероприятий, включающий химическое связывание токсических веществ в недоступные для растений
соединения, биогенное обогащение, агротехнические, мелиоративные и другие приёмы [13].
Применяя мелиоранты, необходимо максимально учитывать свойства почвы как природного тела, находить способы наилучшей мобилизации почвенного потенциала, использовать в комплексе с химической мелиорацией специальную агротехнику. Однако, среди множества приемов предложенных учеными, универсального метода детоксикации нет
[14].
Реабилитация загрязненных ТМ почв обычно основана на применении извести, гипса, фосфатов, органических веществ. Использование извести более эффективно на почвах с кислой реакцией, на высокобуферных почвах. Повышение рН больше 7.5 способствует образованию соединений шестивалентного хрома, которые очень подвижны, мало сорбируются и являются токсичными. Кроме того, известь и фосфоросодержащие соединения снижая поступление в растение металлов - токсикантов, усложняют поглощение и элементов - метаболитов (Си, 2п, Мп), образуя их дефицит, снижая тем самым урожай сельскохозяйственных культур [6, 11, 16].
Использование природных сорбентов выгодно тем, что они во-первых, доступны и дешевы, а во-вторых, являются экологически чистым сырьем. Вме-
сте с тем пока еще не все ясно относительно их роли инактиваторов ТМ в почве [5, 13].
Один из методов детоксикации основан на внесении в почву минеральных и органических соединений, сорбирующих поллютанты. В опытах с почвой, сильно загрязненной ТМ (из Люберецкой поймы, орошаемой сточными водами) показана эффективность СОРБЭКСа. Применение сорбента позволило получить на загрязненной почве безопасную для здоровья продукцию. Содержание ТМ (РЬ, Бе, N1, Си, 2п) в растениях овса, выращенных на почве с внесением сорбента, не превышало ПДК, в то время как в растениях, выращенных без сорбента, их количество в 1.5-2.0 раза превышало норму [11].
В исследованиях проведенных шведскими учеными установлено, что при внесении сульфата аммония кадмий приобретал большую подвижность и становился доступным для растений. Прослеживалась тенденция возрастания подвижности этого элемента при возрастании доз. При внесении кальциевой селитры кадмий был малоподвижен. Известковоаммиачная селитра практически не оказала действия
на подвижность элемента. На глинистой почве при низких дозах азота содержание кадмия в растениях было выше, чем на супесчаных. При высоких дозах зависимость была иной. Азотные удобрения изменяют доступность кадмия для растений, воздействуя на кислотность почв: чем больше подкисляется почва, тем более подвижным и, соответственно, более доступным становится кадмий для растений.
Внесение органических удобрений - прием, уменьшающий подвижность свинца в почве и снижающий его поступление в растения, однако неясно, как долго будет проявляться этот иммобилизационнный эффект, так как со временем органические удобрения минерализуются, что отражается и на подвижности свинца в почве [2,8,17].
Важным фактором плодородия является реакция почвенной среды, регулирование которой достигается известкованием. Значение известкования как способа мелиорации почв общеизвестно и хорошо изучено для дерново-подзолистых почв [1, 3]. Вместе с тем, известкование нельзя рассматривать лишь как средство устранения почвенной кислотности, так как
П 14
0,5
0,4
0,3
0,2
ОД
О
1
I П1 I I 1
II ІII
50
40
30
20
10
о
14
► 26 36 46 !
Рис. 1. Содержание подвижных форм ТМ под влиянием доломитовой муки и минеральных удобрений в серой лесной почве, мг/кг почвы: 1 - без удобрения; 2 - Р30К30; 3 - ^0Р40К40; 4 - Са10; 5 - Са10+ ^0Р40К40; а - 1 поле; б - 2 поле.
экология ►►►►>
І І ГІ I I Л
І І І І І І І І
Рис. 2. Содержание подвижных форм ТМ под влиянием биогумуса и минеральных удобрений в серой лесной почве, мг/кг почвы, слой
0-15 см: 1 - перед внесением удобрений; 2 - без удобрения; 3 - Биогумус 6 т/га; 4 - 1\13(
0; а - 1 поле; б - 2 поле.
кислые почвы обладают комплексом неблагоприятных свойств. При известковании улучшаются физические и физико-химические свойства почв; существенно уменьшается плотность сложения, увеличивается фильтрационная способность и аэрация, уменьшается сопротивление механическим обработкам, возрастает катионообменная способность, изменяется состав почвенного поглощающего комплекса. Известкование влияет на использование элементов питания из почв и удобрений растениями. Велико его воздействие на почвенную микрофлору. Кроме того, в результате роста содержания Са уменьшается способность корней к поглощению ряда ТМ, в частности свинца. Известкование способствует также образованию комплексов органических веществ почвы с ТМ, что снижает подвижность Н^, С^ 2п, Си, N1, Сг [9, 17].
Действие мелиорантов обусловленное снижением почвенной кислотности, увеличивает емкость поглощения, что создает благоприятные условия для
роста и развития растений, и дает эффект биологического разбавления концентрации ТМ в их биомассе [15, 16].
При техногенном воздействии наблюдается устойчивая тенденция к накоплению ТМ, поэтому одной из задач наших исследований был поиск приемов снижения подвижности их и поступления в растения пшеницы, выращенной на почвах, испытывающих значительное загрязнение.
В связи с неоднородностью содержания ТМ вблизи опытного участка и возможным влиянием антропогенного загрязнения, нами было изучено влияние известкования, вермикомпоста и минеральных удобрений на содержание подвижных форм их в серой лесной почве.
Влияние изучаемых приемов на содержание ТМ характеризовалось тем, что минеральные удобрения в дозах ^0Р40К40 не оказывали существенного влияния на количество РЬ, С^ 2п, Си, N1 и Мп (рис. 1). Что
касается мышьяка, то подвижность его по сравнению с неудобренным вариантом снижалась на 5-9 %. Ежегодное в течение 4-х лет применение минеральных удобрений (^50, Р180 К200) в сумме за 4 года вызвало снижение содержания подвижного Аз на 8-21 % к неудобренному фону.
Использование вермикомпоста в дозе 6 т/га под яровую пшеницу способствовало частичному закреплению тяжелых металлов в почве и переводу определенного их количества в труднодоступные формы. Так после уборки яровой пшеницы содержание РЬ снижалось на 21 %, Са - 33, гп - 24, Си - 38-46 %, N1 - 28-34 и Мп на 17-22 % по сравнению с неудобренным вариантом. В последующем (через 3 года) положительное действие биогумуса на подвижность тяжелых металлов несколько снижалось.
Во втором опыте использование ^0 на фоне Р40К40 не оказывало существенного влияния на содержание подвижных форм ТМ, но намечалась тенденция снижения подвижности мышьяка (рис. 2).
Под влиянием известкования доломитовой мукой по полной гидролитической кислотности существенно снизилось количество подвижных форм всех металлов и увеличилось мышьяка. Так после уборки яровой пшеницы содержание РЬ было на 21-29 %, Са - на 22-36, гп - на 26-34, Си - на 41-50, N1 - на 31-34, Мп - на 24-25 % ниже чем на контроле.
В последующем эта тенденция сохранялась и после уборки четвертой культуры севооборота (озимой ржи). Количество подвижных форм тяжелых металлов было даже ниже, чем после яровой пшеницы. Это обстоятельство свидетельствует о продолжительном мелиорирующем действии известкования на содержание ТМ в серой лесной почве.
Действие доломитовой муки на подвижность мышьяка существенно отличалась. Так, после уборки яровой пшеницы количество подвижных форм Аз возрастало на 26-29 %, после 4-ой культуры - на 30-65 % по сравнению с контролем. То есть, нейтрализация кислотности вызывает увеличение подвижности данного элемента.
Таким образом, используя мелиоративные приемы, можно регулировать подвижность ТМ. Применение биогумуса и доломитовой муки снижает содержание подвижных форм всех изученных тяжелых металлов (кроме мышьяка, количество, которого при известковании возрастает). Выявленный характер изменений в количестве подвижных соединений ТМ и мышьяка следует учитывать при разработке мероприятий по уменьшению их токсичности на загрязненных почвах.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аканова Н. И. Изменение агрохимических свойств дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы при систематическом применении минеральных удобрений в сочетании с известкованием // Вопросы известкования почв. М.: Агроконсалт, 2003. С. 11-18.
2. Алексеев А. А. Подвижность цинка и кадмия в почвах. Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. М, 1979. 24 с.
3. Алямовский Н. И. Влияние известкования на урожай и качество хлебных злаков // Известкование кислых почв по данным полевых опытов в СССР. М., 1941. С. 73-131.
4. Андреевская Л. П. Подбор и агроэкологическая оценка сельскохозяйственных культур на способность снижать содержание тяжелых металлов в почве // Поволжский экологический вестник. 1998. № 5. С. 192-194.
5. Аристархов А. Н. Оптимизация питания растений и применения удобрений в агроэкосистемах. М.: ЦИ-НАО, 2000. 534 с.
6. Большаков В. А., Борисочкина Т. И. Способы рекультивации почвенного покрова загрязненного тяжелыми металлами // Труды почвенного института им.
B.В. Докучаева. 2002. № 56. С. 122-127.
7. Демченко Л. И. Использование почв загрязненных тяжелыми металлами - рекультивация или подбор культур // Сертификация и управление качеством экосистем на Южном Урале. Тез. докл. Всерос. науч.-техн. конф. Оренбург, 1997. С. 126.
8. Зырин Н. Г., Каплунова Е. В., Сердюкова А. В. Нормирование содержания тяжелых металлов в системе почва - растение // Химия в сельском хозяйстве. 1985. № 6. С. 45-48.
9. Ильин В. Б., Байдина Н. Л., Конарбаева Г. А. Содержание тяжелых металлов в почвах и растениях Новосибирска // Агрохимия. 2000. №1. С. 66-73.
10. Исунов Б. А. О роли защитных лесных насаждений в снижении вредности техногенных загрязнителей почвы // Сборник научных трудов ВНИИ агролесоме-лиорции. 1998. № 1. С. 146-153.
11. Кирейчева Л. В., Глазунова Н. В. Методы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Почвоведение. 1995. № 7. С. 892-896.
12. Колесников С. И., Казеев К. Ш., Вальков В. Ф. Влияние загрязнения тяжелыми металлами на экологобиологические свойства чернозема обыкновенного // Экология. 2004. № 3. С. 193-201.
13. Минеев В. Г., Кочетавкин А. В., Нгуен Ван Бо. Использование природных цеолитов для предотвращения загрязнения почвы и растений тяжелыми металлами // Агрохимия. 1989. № 8. С. 85-95.
14. Фатеев А. И., Самохвалова В. А., Лысенко М. И. Формы соединений тяжелых металлов в условиях поэлементного загрязнения агроландшафтов // Агроэколо-гический журнал. 2002. № 4. С. 26-29.
15. Черных Н. А., Ефимова Л. Л. Защита почв и растений от загрязнения тяжелыми металлами // Тез. докл. Всесоюзной науч.-техн. конф. М, 1988.
C. 28-29.
16. Шаркова С. Ю. Применение мелиоративных приемов при выращивании яровой пшеницы в условиях техногенеза // Плодородие. 2010. № 3. С. 51-52.
17. Шаркова С. Ю., Надежкина Е. В. Способы повышения качества зерна в условиях антропогенного загрязнения // Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук. 2008. № 4. С. 82-84.
