CC BY
32
УДК 631.416.848:574.4(470.32)
ПРОЦЕССЫ СОРБЦИИ ИОНОВ КАДМИЯ В ПОЧВАХ ЦЕНТРАЛЬНОГО ЧЕРНОЗЕМЬЯ
Л.А. ЖУКОВА, И.В. ГЛЕБОВА, А.В. КУРДЮКОВ, Е.Е. БРИНДУКОВА
(Курская ГСХА имени И.И. Иванова)
В работе представлены результаты многолетних исследований сорбционной способности почв Центрального Черноземья по отношению к тяжелым металлам.
Ключевые слова: тяжелые металлы, сорбционные процессы, деградация почв.
При воздействии на почву в процессе окультуривания и обеспечении оптимальных условий для получения стабильно высоких урожаев элементарные ландшафты преобразуются в высокопродуктивные регулируемые агропедоценозы, требующие ком-
плексного исследования, так как интенсивна антропогенна нагрузка
на природные ресурсы вызывает изменение направлений и темпов миграции микроэлементов, входя щих в фоновый состав почв и поступающих дополнительно из различных источников загр знени . Устойчивость аг-ропедоценоза определ етс способностью почвы выполн ть свои агрохимические функции, определя ющиеся степенью поглощающей способности и собственно буферности все нарастающему техногенному воздействию [1-3]. Среди загря зняющих веществ по масштабам загр знени и воздействию на биологические объекты особое место занимают тяжелые металлы (ТМ).
В конце 80-х годов ХХ века Президиум Всероссийского отделения ВАСХНИЛ (протокол № 6 от 10.10.1989 г.) рассмотрел и одобрил научно обоснованную систему веде-ни агропромышленного производ-
ства Курской обл. [4], предусматривающую активное известкование кислых почв. Проблема закислени почв Курской обл. на протяжении 30 лет была достаточно актуальной. В 1971 г. площадь кислых почв составл ла 418 тыс. га, или 32,2% от общей площади пашни [5, 6]. Так, проведенные агрохимические обследовани с.-х. угодий в конце 80-х годов показали, что 1116,1 тыс. га, или 57% пашни Курской обл. нуждается в известковании. Площадь сильно- и среднекислых почв, требующих первоочередного известкования, составляет 325 тыс. га. С 1970-х годов количество кислых почв увеличилось на 25 тыс. га, что было связано с постоянным ростом применения физиологически кислых удобрений, малыми объемами известковани и низким качеством такого вида работ (табл. 1).
В 1993 г. Курский областной комитет экологии и природных ресурсов в «Экологическом информационном бюллетене» сообщал, что в течение года преобладали кислые и слабокислые осадки с рН 3-6,5. Выпадение их отмечено в 65% случаев, а в 1992 г. — в 74% случаев. Кислые осадки преимущественно выпадали в холодное врем года. Среднегодовое зна-
Т а б л и ц а 1
Площадь кислых почв районов Курской обл. в конце 80-х годов ХХ века [4]
Площадь пашни, тыс. га Сильнокислые почвы Среднекислые почвы Слабокислые почвы Всего кислых почв
1960,7 12,82 312,2 791,1 1116,12
0,70 15,92 40,35 57
П р и м е ч а н и е. Здесь и в табл. 2: числитель — тыс. га, знаменатель — % к пашне.
чение кислотности рН составило 5,92, а в 1992 г. — 5,68 [7].
На современном этапе информационно-аналитический отдел Департамента экологической безопасности и природопользовани Курской обл. ежегодно в «Докладах о состоя нии и охране окружающей среды на территории Курской области» констатирует факт увеличени процента кислых почв по отношению к общей площади пашни. Так, даже при условии значительного уменьшени внесени минеральных удобрений в 1999 г. удельный вес кислых почв составил 58,4% (табл. 2). Поэтапные агрохимические обследования почв показали, что среднегодовое уменьшение величины составл ет 0,3 значени рН.
В 2006 г. в Курской обл. также отчетливо выражена тенденция к ускоренному подкислению пахотного горизонта черноземов. Она отражается в среднегодовых темпах приращени
кислых почв на 0,6% и широком их распространении [6], что является результатом периодического промы-вани верхней части профил и резко отрицательного (-80-90%) баланса кальци в почвах.
Увеличение количества подвижных ионов кадми происходит в основном вследствие атмосферного загрязнения пахотных земель, миграции ионов металла из залегающих пород, с.-х. деятельности, снижения рН (табл. 3).
Эффективное применение удобрений в системах земледели под действием почвенных процессов способствовало усилению подкислени почв и спровоцировало обеднение пахотного сло кальцием в св зи с периодическим его вымыванием в нижние горизонты почвы, а также отчуждением с урожаем. Внесение высоких доз азотных удобрений способствует увеличению подвижности кальция, что при-
Т а б л и ц а 2
Площадь кислых почв районов Курской обл. в конце 90-х годов ХХ века [5]
Площадь пашни, Сильнокислые Среднекислые Слабокислые Всего кислых почв
тыс. га почвы почвы почвы
1788 56 8,94 300,48 735,10 1044,52
0,5 16,8 41,1 58,4
Т а б л и ц а 3
С.-х. источники загрязнения почв тяжелыми металлами, мг/кг сухой массы [1]
Элемент Фосфорные удобрения Известковые материалы Азотные удобрения Органические удобрения
Кадмий 0,10-170,0 0,04-0,10 0,05-8,50 0,03-0,80
водит к постепенному обеднению им пахотного горизонта [4].
Влиянию подкисления или «вторичной кислотности» подвержены все почвы Курской обл., причем черноземы в большей степени, чем серые лесные почвы. При выпадении кислых осадков происходят процессы, в результате которых тер ютс кальций, магний, калий, натрий, а почва ста-новитс все кислее и при этом заметно снижается ее плодородие. Параллельно с такими процессами про вл етс скрытое отрицательное действие минеральных удобрений, заключающееся в первоначальном повышении урожайности возделываемых культур и ухудшении свойств почвы в дальнейшем (снижении количества водопрочных агрегатов, потере обменных оснований, прежде всего кальция, увели-чени активной и гидролитической кислотности, подавления деятельности полезных микроорганизмов и т.д.). При сильном вторичном подкислении в почвах по вл ютс высокотоксичные ионы тяжелых металлов (марганца, хрома, кадмия, меди, цинка, никеля, кобальта, ртути, свинца) и подвижный, не менее токсичный, ион алюмини . Обменный кальций способен снижать токсичность алюминия даже при высокой кислотности почв, а также свя зывать и тем самым инактивировать другие тяжелые металлы, которые токсичны для всего агропе-доценоза.
С ростом кислотности изменение агрохимических свойств почвы проявляется очень существенно. Так, в черноземе выщелоченном при снижении рН с 6,5 до 3,5 снижается содержание нитратного азота в 5,5 раза, а аммонийного — повышаетс в 3,5 раза; общее количество минерального азота при этом уменьшается в 1,4 раза. Повышение кислотности сопровождается увеличением содержания водорастворимого гумуса. При этом резко измен етс групповой состав минеральных фосфатов, среди которых
увеличиваются фракции соединений фосфора с алюминием и железом при подкислении высокоосновных фосфатов, свя занных с кальцием — при подщелачивании среды. Снижение подвижности фосфатов при подкис-лении почвенного раствора св зано с образованием сложных соединений фосфора, железа, марганца, алюми-ни и кальци в почве [5].
ТМ претерпевают в почве химические превращения, в ходе которых их химическа активность сильно измен етс . Наибольшую опасность пред-ставля ют подвижные ф ормы тя желых металлов, т.е. т е ф ормы, которые максимально доступны для живых организмов. Подвижность ионов ТМ зависит от многих почвенно-экологических факторов: содержания органического вещества, кислотности почвы, окислительно-восстановительных усло-
вий, плотности, гранулометрического и минералогического состава почвы и множества других.
Окислительно-восстановительные услови в почвах активно вли ют на процессы миграции токсикантов. Токсичность же элементов ТМ может мен тьс в зависимости от микро- и макроэлементного состава почвы в окружающей среде, что следует учитывать при нормировании содержа-ни загр зн ющих веществ в почве. Так, некоторые ученые исследовали антагонистические и синергетические св зи с макроэлементами: антаго-
нистические — Са-С^ Р-С^ К-С^ Нами при проведении эксперимента были отмечены антагонистические и синергетические свя зи между наиболее токсичными ионами ТМ: С^Со, С^РЬ, С^№, при внесении различных доз С^С&
Методика
Объектом исследований закономерности распределени ТМ вл лись образцы почв Центрального Черно-земь (на территории 28 районов Курской обл.). Исследовани проводили в
2000-2006 и 2008-2009 гг. При выполнении пробоотбора почвенных образцов пользовались почвенной картой Курской обл. Пробоотбор проводили в соответствии с ГОСТ 17.4.3.01-83 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к отбору проб», ГОСТ 28168-89 «Почвы. Отбор проб», ГОСТ 17.4.4.02-84 «Почвы. Методы отбора и пробоподготовки проб дл химического, бактериологического, гельминтологического анализа» и использовали рекомендации ГОСТ 29269-91 «Почвы. Общие требовани к проведению анализов». Определение содержания подвижных форм ТМ проводили методом атомно-абсорбционной спектрометрии с электротермической атомизацией пробы (прибор ААС ЭА «Квант-Е. ЭТА»).
Схема лабораторного эксперимента включала в себ исследование содержания подвижной формы ионов кадми при внесении различных доз ПДК ионов Со, N1, С^ РЬ для каждого типа почв (табл. 4-6) и образо-вани гетерогенных нативных систем с последующим анализом концентрации сорбтива на предмет синергизма или антагонизма к рассматриваемым ионам.
Результаты исследований
При изучении сорбционных процессов, характерных для черноземов Курской обл., было выявлено, что с увеличением концентрации вносимых в почву ионов свинца, никеля и кадмия концентрация подвижных форм кадми несколько уменьшаетс . При внесении в почву серого лесного типа ионов кобальта концентраци подвижных форм ионов кадмия также уменьшается . Важно отметить, что при внесении свинца в количестве, близком 50% ПДК, концентрация подвижного кадмия сразу же возрастает по сравнению с фоновой его концентрацией в свя зи с т ем, что, вероятнее всего, запускается механизм ионного обмена и происходит десорб-
ци сорбтива гетерогенной системой нативного типа. Интересно отметить, что внесение кобальта снижает количество подвижных ионов кадмия по отношению к его фоновым значени м (табл. 4).
Сорбционные процессы в серых лесных почвах имеют свои индивидуальные ркие особенности. Так, внесение 50% ПДК ионов кобальта, никеля, свинца и кадмия приводит к весьма значительному увеличению количества подвижных ионов кадмия, а дальнейшее повышение токсической нагрузки на почву способствует снижению образовавшегося содержания подвижной формы кадмия в почве, при этом функциональные зависимости, описывающие данное явление, имеют отрицательные значения . Содержание кадмия с увеличением количества кобальта несколько увеличивается . Примечательно, при внесении ионов свинца 50% ПДК почти вдвое увеличивается содержание подвижной формы ионов кадмия в серой лесной почве (см. табл. 4).
При исследовании почвенного образца с участка Стрелецкий (2046 га) Центрально-Черноземного государственного природного биосферного заповедника имени проф. В.В. Алехина (ЦЧЗ) мы получили уникальные данные о направленности сорбционных процессов в целинных почвах с мощным гумусовым слоем. Так, при внесении свинца лишь незначительно увеличивается содержание подвижной формы кадмия, в то время как при внесении кадми и кобальта почти на 25% активизируется выброс подвижной формы кадмия, а функциональные зависимости при этом имеют слабовосход щий вид. С внесением 50% ПДК доз никеля увеличивается содержание подвижной формы кадмия в 2 раза. Примечательно то, что дальнейшее увеличение концентрации общего содержания кадмия в почве способствует активизации буферности почвы и при этом почти
Концентрация подвижной формы иона кадмия в почве Курской обл. (ПДК^ф^Сс!) = 1 мг/кг)
Вариант Концен- трация иона металла, мг/кг Предполагаемая концентрация иона металла, мг/кг (пашня, НЕпах — Чернозем пахотный, гумусовый горизонт) Чернозем (залежь, Нес| и НП — гумусовый горизонт)
^тм С,р. С„.ф. ^Ме пспм, % а-10-6, мг/г С„.ф. ^Ме пспм, % а-10-6, мг/г
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Фоновые концен- - - 0,0280 - - - - - 0,0160 - - - - -
трации подвиж-
ной формы иона
кадмия, мг/кг
Сс0<ПДК на 50% 2,5 - 0,0327 -0,0047 -6,96 -0,14 -4,7 0,0177 -0,0017 -10,41 -0,10 -1,7
Сс0<ПДК на 80% 4,0 - 0,0243 +0,0037 +6,57 +0,15 +3,7 0,0197 -0,0037 -5,32 -0,19 -3,7
Сс0=ПДК 5,0 - 0,0281 -0,0001 -281,00 -0,004 -0,1 0,0317 -0,0157 -2,02 -0,50 -15,7
Сс0>ПДК на 150% 7,5 - 0,0275 +0,0005 +55,00 +0,02 +0,5 0,0207 -0,0047 —4,40 -0,23 —4,7
Сс0>ПДК на 200% 10,0 - 0,0288 -0,0008 -36,00 -0,03 -0,8 0,0227 -0,0067 -3,39 -0,30 -6,7
СМ<ПДК на 50% 2,0 - 0,0253 +0,0027 +9,37 +0,11 +2,7 0,0307 -0,0147 -2,09 -0,48 -14,7
СМ|<ПДК на 80% 3,2 - 0,0302 -0,0022 -13,73 -0,07 -2,2 0,0217 -0,0057 -3,81 -0,26 -5,7
СМ=Г|ДК 4,0 - 0,0311 -0,0031 -10,03 -0,10 -3,1 0,0237 -0,0077 -3,08 -0,32 -7,7
См|>ПДКна 150% 6,0 - 0,0296 -0,0016 -18,50 -0,05 -1,6 0,0227 -0,0067 -3,39 -0,30 -6,7
СМ>ПДК на 200% 8,0 - 0,0290 -0,0010 -29,00 -0,03 -1 0,0157 0,0003 52,33 0,02 0,3
Сс,<ПДК на 50% 0,5 0,4644 0,0356 -0,0076 -1,6365 —4,68 -0,21 -7,6 0,0167 -0,0007 -0,1448 -23,86 -0,04 -0,7
Сс,<ПДК на 80% 0,8 0,7653 0,0347 -0,0067 -0,8755 -5,18 -0,19 -6,7 0,0187 -0,0027 -0,3456 -6,93 -0,14 -2,7
сСЙ=пдк 1,0 0,9624 0,0376 -0,0096 -0,9975 -3,92 -0,26 -9,6 0,0327 -0,0167 -1,7265 -1,96 -0,51 -16,7
Ссй>ПДК на 150% 1,5 1,4584 0,0416 -0,0136 -0,9325 -3,06 -0,33 -13,6 0,0177 -0,0017 -0,1147 -10,41 -0,10 -1,7
Ссй>ПДК на 200% 2,0 1,9637 0,0363 -0,0083 -0,4227 —4,37 -0,23 -8,3 0,0227 -0,0067 -0,3388 -3,39 -0,30 -6,7
СРЬ<ПДК на 50% 3,0 - 0,0308 -0,0028 -11,00 -0,09 -2,8 0,0177 -0,0017 -10,41 -0,10 -1,7
СРЬ<ПДК на 80% 4,8 - 0,0353 -0,0073 —4,84 -0,21 -7,3 0,0087 0,0073 1,19 0,84 7,3
сРЬ=пдк 6,0 - 0,0306 -0,0026 -11,77 -0,08 -2,6 0,0227 -0,0067 -3,39 -0,30 -6,7
СРЬ>ПДК на 150% 9,0 - 0,0319 -0,0039 -8,18 -0,12 -3,9 0,0197 -0,0037 -5,32 -0,19 -3,7
СРЬ>ПДК на 200% 12,0 - 0,0357 -0,0077 —4,64 -0,22 -7,7 0,0147 +0,0013 +11,31 +0,09 +1,3
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Фоновые концен- - - 0,0257 - - - - - 0,0190*
трации подвиж-
ной формы иона
кадмия, мг/кг
Сс0<ПДК на 50% 2,5 - 0,0333 -0,0076 -4,38 -0,23 -7,6 0,0107 +0,0083 +1,29 +0,78 +8,3
Сс0<ПДК на 80% 4,0 - 0,0379 -0,0122 -3,11 -0,32 -12,2 0,0087 +0,0103 +0,84 +1,18 +10,3
Сс0=ПДК 5,0 - 0,0378 -0,0121 -3,12 -0,32 -12,1 0,0087 +0,0103 +0,84 +1,18 +10,3
Сс0>ПДК на 150% 7,5 - 0,0375 -0,0118 -3,18 -0,31 -11,8 0,0087 +0,0103 +0,84 +1,18 +10,3
Сс0>ПДК на 200% 10,0 - 0,0383 -0,0126 -3,04 -0,33 -12,6 0,0087 +0,0103 +0,84 +1,18 +10,3
СМ<ПДК на 50% 2,0 - 0,0424 -0,0167 -2,54 -0,39 -16,7 0,0147 +0,0043 +3,42 +0,29 +4,3
СМ<ПДК на 80% 3,2 - 0,0428 -0,0171 -2,50 -0,40 -17,1 0,0127 +0,0063 +2,02 +0,50 +6,3
см=гщк 4,0 - 0,0386 -0,0129 -2,99 -0,33 -12,9 0,0107 +0,0083 +1,29 +0,78 +8,3
СМ>ПДК на 150% 6,0 - 0,0452 -0,0195 -2,32 -0,43 -19,5 0,0067 +0,0123 +0,54 +1,84 +12,3
СМ>ПДК на 200% 8,0 - 0,0336 -0,0079 -4,25 -0,24 -7,9 0,0037 +0,0153 +0,24 +4,14 +15,3
Ссй<ПДК на 50% 0,5 0,4459 0,0541 -0,0284 -6,3691 -1,90 -0,52 -28,4 0,0147 +0,0043 +0,9643 +3,42 +0,29 +4,3
Ссй<ПДК на 80% 0,8 0,7538 0,0462 -0,0205 -2,7196 -2,25 -0,44 -20,5 0,0107 +0,0083 +1,1011 +1,29 +0,78 +8,3
сСЙ=пдк 1,0 0,9404 0,0596 -0,0339 -3,60485 -1,76 -0,57 -33,9 0,0347 -0,0157 -1,6695 -2,21 -0,45 -15,7
Ссй>ПДК на 150% 1,5 1,4639 0,0361 -0,0104 -0,71043 -3,47 -0,29 -10,4 0,0147 +0,0043 +0,2937 +3,42 +0,29 +4,3
Ссй>ПДК на 200% 2,0 1,9587 0,0413 -0,0156 -0,79645 -2,65 -0,38 -15,6 0,0027 +0,0163 +0,8322 +0,17 +6,04 +16,3
СРЬ<ПДК на 50% 3,0 - 0,0552 -0,0295 -1,87 -0,53 -29,5 0,0003 +0,0187 +0,02 +62,33 +18,7
СРЬ<ПДК на 80% 4,8 - 0,0539 -0,0282 -1,91 -0,52 -28,2 0,0006 +0,0184 +0,03 +30,67 +18,4
сРЬ=пдк 6,0 - 0,0521 -0,0264 -1,97 -0,51 -26,4 0,0007 +0,0183 +0,04 +26,14 +18,3
СРЬ>ПДК на 150% 9,0 - 0,0546 -0,0289 -1,89 -0,53 -28,9 0,0002 +0,0188 +0,01 +94,00 +18,8
СРЬ>ПДК на 200% 12,0 - 0,0416 -0,0159 -2,62 -0,38 -15,9 0,0012 +0,0178 +0,07 +14,83 +17,8
* Расчет произведен на основании данных химического анализа почвенных систем, мг/кг; Спр — предполагаемая концентрация иона кадмия, мг/кг; 5Не — количество сорбированного иона кадмия, мг/кг; ПСПСс| — поглощающая способность почвы, %; Кш — коэффициент распределения Н.А. Шилова; Кй — коэффициент сорбции В.Г. Хлопина; а ■ 10 6 — сорбция (десорбция) иона металла почвенными системами, мг/г; - обозначает, что в результате введения ТМ в гетерогенную систему почва - почвенный раствор произошла десорбция ионов СсІ; + обозначает, что в результате введения ТМ в гетерогенную систему почва - почвенный раствор произошла сорбция ионов СсІ.
Зависимость содержания подвижной формы иона кадмия от физико-химической характеристики чернозема (пашня, НЕпах — пахотный горизонт) районов Курской обл.
Район Фоновые концентрации подвижной формы иона кадмия, мг/кг рН Гумус, % N1, мг/кг Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг Нг, мгэкв/кг почвы СПО, мгэкв/кг почвы
Курский 0,0250 5,2 3,7 110 267 140 3,63 22,4
Пристенский 0,0270 6,3 5,5 123 161 80 1,26 36,8
Мантуровский 0,0280 5,3 4,8 125 121 105 3,48 29,6
Медвенский 0,0340 5,9 5,1 108 133 40 1,94 35,2
Черемисиновский 0,0260 5,1 4,9 109 82 70 4,14 26,4
Советский 0,0300 4,9 6,4 118 37 185 6,11 31,6
Касторенский 0,0380 5,7 6,7 126 154 100 3,13 40,8
Льговский 0,0190 6,7 4,4 98 195 200 0,87 30,8
Беловский 0,0260 5,4 3,1 78 230 70 2,92 21,2
Большесолдатский 0,0260 5,6 3,6 90 101 65 2,46 24,8
Кореневский 0,0240 5,2 4,7 126 460 100 4,14 23,6
Тимский 0,0390 5,9 5,7 104 56 55 0,55 54,4
Солнцевский 0,081 6,0 5,7 92 252 110 0,42 96,0
Обоянский 0,0200 5,1 4,6 105 133 40 4,32 26,0
Горшеченский 0,0330 5,2 6,4 136 260 155 4,52 33,2
Щигровский 0,0230 5,4 6,2 146 375 90 4,82 28,8
Золотухинский 0,0260 5,4 4,4 105 212 65 0,43 50,4
Глушковский 0,0280 6,3 3,7 104 320 120 1,15 25,6
Курчатовский 0,0260 5,0 4,2 126 114 80 4,42 17,6
Суджанский 0,0260 5,5 4,5 108 127 55 3,05 28,8
Октябрьский 0,0250 5,6 4,0 102 244 90 2,74 26,0
Среднее ариф- 0,0280 5,6 4,9 111,38 192,10 95,95 2,88 33,8
метическое, х
Стандартное эм- 0,0056 0,477 1,0248 16,194 106,71 43,892 1,6392 16,868
пирическое отклонение по выборке, О^?)
С,, 0,0013 0,1041 0,2236 3,5338 23,285 9,5781 0,3577 3,6808
°х Дж 0,0026 0,21 0,47 7,39 48,67 20,02 0,75 7,6929
0,0280± 5,6± 4,9± 111,38± 192,10± 95,95± 2,88± 33,8±
х ± Дж 0,0026 0,21 0,47 7,39 48,67 20,02 0,75 7,6929
гс^ — 0,21 0,38 -0,19 -0,01 0,02 -0,37 0,90
Э
П р и м е ч а н и е. Здесь и в табл. 6 э- = -г- , п = 21; Ах = ^ к ■ Эх а = 0,95; К = п - 1 = 20;
х л/п ’
^0,95;20 = 2,09.
весь подвижный кадмий сорбируется пределения подвижных форм изучае-
и значение его концентрации остает- мых ионов ТМ. Необходимо учиты-
ся равным первоначальному фоново- вать, что почва я вля ется сложной
му значению (см. табл. 4). поликомпонентной системой, кроме
Таким образом, тип, состав, мор- почвенного воздуха, почвенного рас-
фологические и физико-химические твора и органической части, и вклю-
свойства почвы значительно влия ют чает в себя твердую фазу, которая
на механизмы и закономерности рас- играет важнейшую роль при проте-
Зависимость содержания подвижной формы иона кадмия от физико-химической характеристики серой лесной почвы
(пашня, НЕпах — пахотный горизонт) районов Курской обл.
Район Фоновые концентрации подвижной формы иона кадмия, мг/кг рН Гумус, % N1, мг/кг Р2О5, мг/кг К2О, мг/кг Нг, мгэкв/кг почвы СПО, мгэкв/кг почвы
Дмитриевский 0,0230 5,1 4,2 84 244 250 4,14 18,8
Рыльский 0,0220 5,2 3,8 109 435 55 3,56 21,6
Поныровский 0,0240 5,1 4,9 123 244 60 4,05 25,2
Железногорский 0,0280 5,3 4,2 133 107 55 3,56 20,0
Фатежский 0,0330 5,5 4,4 118 205 290 3,13 24,4
Конышевский 0,0280 4,8 4,3 99 140 145 6,25 18,0
Хомутовский 0,0220 5,5 3,8 102 205 50 3,48 22,8
Среднее ариф- 0,0257 5,21 4,23 109,7 225,7 129,3 4,02 21,54
метическое, х
Стандартное эм- 0,0041 0,2478 0,3773 16,449 105,49 102,28 1,0404 2,7561
пирическое отклонение по выборке, у П-1(С)
вх 0,0015 0,0937 0,1426 6,2171 39,8707 38,6575 0,3932 1,0417
Дж 0,0038 0,23 0,35 15,23 97,68 94,71 0,96 2,55
0,0257± 5,21± 4,23± 109,7± 225,7± 129,3± 4,02± 21,54±
х ± Дж 0,0038 0,23 0,35 15,23 97,68 94,71 0,96 2,55
гс^ — 0,14 0,37 0,41 -0,54 0,55 0,04 0,08
кании сорбционных процессов. В качестве сравнения нами были т ермиче-ским способом получены образцы минеральной части почвы, с которыми мы продублировали все этапы лабораторного химического эксперимента. Установлено, что внесение 50% ПДК доз свинца вызывает активный процесс сорбции ионов кадми и все его подвижные формы практически полностью переходя т в свя занное состояние, при этом функциональные зависимости распределени кадми
от увеличени концентрации кобальта, никеля и кадмия имеют отрицательные значения. Эмпирическим путем доказано — в минеральной части почвы про вл ютс в основном сорбционные свойства, следовательно, можно утверждать, что при наличии органической части почвы не усиливаетс сорбционна активность
чернозема и серой лесной почвы, а, наоборот, несколько уменьшается. Вероятно, происходит интеркалаци-онное встраивание органической части почвы в межпакетные пространства слоистого алюмосиликата и последующее блокирование его сорбционных центров (см. табл. 4).
Выводы
1. При рассмотрении направленности сорбционных процессов с помощью логарифмических изотерм сорбции было установлено, что в серых лесных почвах при внесении ионов кобальта, никеля , кадмия, свинца проявляются только десорбционная активность, в черноземах пашни — десорбционная активность, исключение составляют случаи Ссо<ПдК на 80%, Ссо>ПДК на 150% и СШ<ПДК на 50%. Целинные земли, богатые гумусом и обладающие свойства-
ми неокультуренной почвы, способны только к десорбции кадми в ответ на вносимые количества ТМ до 200% ПДК. Исключение составляет внесение РЬ выше норм ПДК на 200%.
2. Установлено, что зависимость содержания подвижной формы иона кадмия от физико-химической характеристики чернозема (пашня, НЕпах — пахотный горизонт) в районах Курской обл. имеет максимальный коэффициент коррел ции от суммы поглощенных оснований, равный 0,9, а для серой лесной почвы — 0,55, и напрямую зависит от содержания калия в почве. Коэффициент корреляции содержания иона кадми в зависимости от количества фосфора в почве имеет отрицательное значение (-0,54) и тем самым характеризует обратную св зь. При исследовании зависимости содержа-ни иона кадми в почве от количества вносимого ТМ мы получили дл ионов
свинца коэффициент коррел ции 0,5, что показывает тесную связь содержания подвижных форм ионов Сd в почве с присутствующим количеством РЬ (табл. 5$6).
3. Чтобы устранить очаговое загрязнение, вызванное техногенным загрязнением и снизить содержание кадмия в загр зненном гумусовом слое окультуренного чернозема, достаточно внести кобальтсодержащие микроудобрения и довести концентрацию кобальта до 7,5 мг/кг, а затем провести ремедиативные работы с привлечением посева злаковых культур. Дл успешного регулиро-вани с использованием естественной экологической обстановки целенаправленную корректировку элементного состава с.-х. продукции до оптимальных значений необходимо и далее изучать тончайшие механизмы и закономерности перераспределения химических элементов в почве с.-х. использовани .
Библиографический список
растениях. М.: Мир,
1. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почва 1989. С. 44-48.
2. Ревелль П.,Ревелль Ч. Среда нашего обитания. М.: Мир, 1994, 1995. Кн. 4: Здоровье и среда, в которой мы живем. С. 63-65.
3. Муха В. Д., Щербаков А.П., Косарев В.Е. и др. Научно обоснованная система ведения агропромышленного производства Курской области. Курск: Изд-во АП Курск, 1991.
4. Доклад о состоянии окружающей среды Курской области в 1999 году / Правительство Курской области. Государственный комитет по охране окружающей среды Курской области. Курск, 2000.
5. Доклад о состоянии и охране окружающей среды на территории Курской области в 2006 году / Правительство Курской области. Департамент экологической безопасности и природопользования Курской области. Курск, 2007.
6. Экологический информационный бюллетень / Курский областной комитет экологии и природных ресурсов. Курск, 1994.
7. Экология Центрального Черноземья / Муха Д.В., Стифеев А.И., Герасименко В.П. и др. Курск: Изд-во КГСХА, 2002.
Рецензент — д. с.-х. н. В.И. Савич
SUMMARY
Results of a long-term research into sorption soil qualities of central black earth zone toward heavy metals are provided in the article.
Key words: heavy metals, sorption processes, degradation ground.
Жукова Л.А. — д. х. н. Тел. (4712) 531-510. Эл. почта: [email protected]
Глебова И.В. — к. х. н. Тел. (4712) 531-510. Эл. почта: [email protected]
Курдюков А.В. — асп. кафедры неорганической и аналитической химии. Бриндукова Е.Е. — асп. кафедры неорганической и аналитической химии.
