CC BY
23
УДК 631.4.5,631.95
ПРИЕМЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПЛОДОРОДИЯ ЧЕРНОЗЕМНЫХ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
О.В. Черникова, к.б.н., А.Н. Карпов
Рязанский ГАТУ имени П.А. Костычева, e-mail: chernikova_olga@inbox.ru
Подвижные формы металлов - это наиболее агрессивная часть валового содержания тяжелых металлов, которые могут поступать непосредственно в корневую систему. Эти подвижные формы участвуют в миграционных потоках, в том числе во внутрипрофильных. Поэтому жидкая фаза почв служит непосредственным источником тяжелых металлов для высших растений и почвенной биоты. Проведенные натурные исследования в Рязанской области показали, что все системы удобрений, применяемые для санации загрязненного тяжелыми металлами чернозема, в среднем снижали накопление подвижных соединений Zn, Cu, Pb, Cd, тем самым снижалась и степень их подвижности. Средние показатели содержания металлов в ацетатно -аммонийном буфере указывали на то, что их экстрагируется значительно больше в варианте без удобрений.
Ключевые слова: чернозем оподзоленный, тяжелые металлы, подвижные формы, агрохимическая реабилитация, ацетатно-аммонийный буфер, экстракция.
REHABILITATION OF CHERNOZEM SOIL POLLUTED BY HEAVY METALS
O.V. Chernikova, A.N. Karpov
Available forms of heavy metals - more aggressive part of total content which can penetrate in the root system. This forms takes part in migration flows including inside profile. So liquid phase is source of heavy metals for plants and biota. Our natural experiments in Ryazan region showed that all fertilizers systems using for sanitation of chernozem polluted by heavy metals decreased accumulation of available Zn, Cu, Pb, Cd and decreased level of it's mobility. Average concentration of heavy metals in acetate ammonia buffer showed that extraction of it rather big in absence offertilizer.
Keywords: sod-chernozem soil, heavy metals, available forms, agrochemical rehabilitation, acetate ammonia buffer, extraction.
Почва как важнейший биогеохимический барьер и основная жизнеобеспечивающая сфера в наибольшей степени испытывает негативные воздействия. Среди загрязняющих веществ по масштабам загрязнения и воздействию на почвы особое место занимают тяжелые металлы (ТМ) [1].
Результаты мониторинга почвенного покрова Рязанской области показали, что высокая техногенная нагрузка на агроландшафт, которая в настоящее время охватывает все большие территории, способствует загрязнению почвы ТМ, что в конечном итоге приводит к снижению продуктивности агроценозов, падению урожайности и ухудшению качества продукции растениеводства [2-4].
Загрязнение окружающей среды ТМ обнаруживается и в зоне распространения оподзоленных и выщелоченных черноземов Рязанской области, которая характеризуется развитым сельским хозяйством и интенсивным техногенным воздействием. По данным Управления Росприроднадзора по Рязанской области в почвах, подвергающихся воздействию промышленных выбросов, транспорта, ТЭС, количество ТМ (РЬ, С4 2п, Си и др.) значительно превышает фоновый уровень, и насыщение этими элементами на отдельных площадях уже сегодня достигло критического значения [5]. Высокие концентрации ТМ вызывают существенные изменения функционирования экосистем и их компонентов [6].
Токсичность химических отходов для живых организмов, в которых содержатся и тяжелые металлы, определяется как свойствами и уровнем концентраций самих элементов, так и их миграционной способностью в различных компонентах экосистемы, а также степенью накопления в органах и тканях [7, 8]. Закрепление (фиксация) ТМ в почве является одним из способов снижения их поступления, как в растения, так и в природные воды.
Поэтому, в современных условиях весьма актуальна разработка приемов восстановления плодородия загрязненных тяжелыми металлами почв.
Цель работы заключается в установлении влияния систем удобрений, применяемых для санации загрязненного чернозема оподзоленного, на подвижность ТМ.
Решение намеченных задач осуществляли на экополи-гоне «Мещера» (Полково, Рязанского района). Многолетние стационарные опыты проводили в лизиметрах конструкции ВНИИГиМ, заряженных черноземом оподзолен-ным с ненарушенным почвенным профилем. Площадь стационарных полевых лизиметров составляет 0,78 и 1,17 м2.
Было разработано шесть вариантов, отличающихся по дозам и соотношениям вносимых органических и минеральных удобрений (табл. 1).
Оподзоленный чернозем тяжелосуглинистый загрязнен в 2004 г. растворимыми солями Zn, Cu, Pb, Cd. При этом использовали химически чистые соли: Zn(CH3COO)2 х 2H2O; CuSO4 х 5H2O; Pb(CH3COO)2; CdSO4. Тем самым
1. Схема закладки и проведения полевого _лизиметрического опыта_
_Вариант_
1. Контроль (без удобрений)_
2. Навоз КРС, 100 т/га - периодическое внесение_
3. Навоз КРС, 100 т/га - периодическое внесение, N60l.90P60K6q-120 - ежегодно в зависимости от культуры
4. P2 - периодическое внесение фосфора
(1 раз в 2 года в дозе 120 кг/га), ежегодное - N60-90K60-120
5. P4 - периодическое внесение фосфора
(1 раз в 4 года 240 кг/га), ежегодное - N60-90K60-120_
6. P2^) - ежегодное внесение повышенной дозы фосфора (120 кг/га) и оптимальных доз N60-90K60-120
2. Влияние систем удобрений на реабилитацию загрязненного ТМ оподзоленного чернозема
Вариант Элемент Количество элемента, извлекаемого из почвы ААБ, мг/кг
2006 г. 2007 г. 2008 г. среднее, мг/кг %*
1 Zn 26,3 45,3 69,7 47,1 42,8
Cu 32,3 10,1 19,5 14,1 15,7
Pb 31,2 10,7 22,2 21,4 53,5
Cd 0,47 0,29 0,57 0,44 73,3
2 Zn 17,3 36,2 26,1 26,5 24,1
Cu 11,1 11,4 4,1 8,9 9,9
Pb 20,4 12,9 9,8 14,4 36,0
Cd 0,49 0,25 0,30 0,35 58,3
3 Zn 4,2 26,2 39,4 23,3 21,2
Cu 13,2 3,6 5,7 7,5 8,3
Pb 10,0 11,0 9,7 10,2 25,5
Cd 0,50 0,17 0,27 0,31 51,6
4 Zn 60,0 37,9 36,8 44,9 40,8
Cu 31,1 6,7 7,8 15,2 16,9
Pb 12,5 7,1 11,2 10,3 25,8
Cd 0,41 0,26 0,32 0,33 55,0
5 Zn 67,0 63,5 47,4 59,3 53,9
Cu 14,0 7,5 3,8 8,4 9,3
Pb 7,2 10,2 8,5 8,6 21,5
Cd 0,39 0,32 0,30 0,34 56,7
6 Zn 7,8 64,0 44,1 38,6 35,1
Cu 0,7 13,0 6,4 6,7 7,4
Pb 2,5 20,7 12,2 11,8 29,5
Cd 0,13 0,25 0,25 0,21 35,0
* Приведены данные по степени подвижности ТМ (отношение мг/кг в ААБ к валовому содержанию в почве, выраженное в %)
создан повышенный фон загрязнения на основании регионального геохимического фона и градаций уровней. Общее содержание в почве составило: 2п - 110 мг/кг, Си - 90 мг/кг, РЬ - 40 мг/кг, Cd - 0,6 мг/кг.
Имеются данные [9] по установлению тесной связи между валовым содержанием Zn, Pb, Cd и их подвижными формами, извлекаемыми ацетатно-аммонийным буфером (ААБ рН 4,8). Поэтому в наших исследованиях проведено определение подвижных форм мобильной части ТМ. Для экстракции подвижных форм ТМ использовали ААБ. Исследования проводили ежегодно в почвенных пробах, которые отбирали после учета урожая. По годам исследований наблюдалась вариабельность в количествах подвижных форм ТМ (табл. 2).
Средние показатели содержания металлов в ацетатно-аммонийном буфере указывают на то, что их экстрагируется значительно больше на варианте без удобрений. Максимальная степень подвижности отмечена у Cd (73,3%). Все системы удобрений, применяемые для санации загрязненного ТМ чернозема, в среднем снижали накопление подвижных соединений Zn, Pb, Cd. Тем самым снижалась и степень их подвижности. Органоми-неральная система удобрений уменьшала степень подвижности Zn с 42,8 до 21,2%, ^ с 15,7 до 8,3%, Pb с 53,5 до 25,5% и Cd с 73,3 до 51,6%. Практически близки изменения этого показателя были в варианте 4 при ежегодном внесении фосфора. Особенно на этом варианте снизилось накопление подвижного Cd. Другой экотоксикант Pb максимально уменьшил степень подвижности от периодического использования фосфорных удобрений на фоне (вариант 5), она понизилась с 53,5 (контроль) до 21,5%.
Таким образом, изученные системы удобрений на оподзоленном черноземе значительно снимают и снижают агрессивность поллютантов.
Литература
1. Черных Н.А., Овчаренко М.М. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоценозах. Учебн. пособие. - М.: Агроконсалт, 2002. - 200 с.
2. Черникова О.В. Экологическое обоснование комплексных приемов реабилитации черноземов, загрязненных тяжелыми металлами (на примере Рязанской области): дисс. к.б.н. - Рязань, 2010. - 172 с.
3. Ягодин Б.А., Тяжелые металлы и здоровье человека // Химия в сельском хозяйстве, 1995, № 4. - С. 18-20.
4. Черных Н.А., Черных И.Н. Качество растениеводческой продукции при загрязненных почвах // Химия в сельском хозяйстве, 1994, № 2. - С. 27-28.
5. Государственный доклад об использовании природных ресурсов и состоянии окружающей среды Рязанской области в 2000 г. Белая книга. - Рязань, 2001. - 398 с.
6. Ильинский А.В. Очистка и детоксикация оподзо-ленных и выщелоченных черноземов, загрязненных тяжелыми металлами (на примере Рязанской области): дисс. к.с.-х.н. - Рязань, 2003. - 173 с.
7. Мажайский Ю.А., Тобратов С.А., Дубенок Н.Н. и др. Агроэкология техногенно загрязненных агроланд-шафтов. - Смоленск: Маджента, 2003. - 384 с.
8. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология / Под ред. В.А. Черникова, А.И. Чекереса.
- М.: Колос, 2000. - 536 с.
9. Овчаренко М.М., Шильников И.А., Комарова Н.А. Приемы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами // Агрохимический вестник, 2005, № 3. - С. 2-4.
10. Тяжелые металлы в системе почва-растение-удобрение / Под общ. ред. М.М. Овчаренко. - М.: 1997.
- 289 с.
