Влияние техногенного загрязнения на состояние почв г. владикавказа
На правах рукописи
Зангелиди Вероника Владимировна ВЛИЯНИЕ ТЕХНОГЕННОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ НА СОСТОЯНИЕ ПОЧВ Г. ВЛАДИКАВКАЗА 03.00.27 – Почвоведение
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук
Ростов-на-Дону 2009
Работа выполнена на кафедре геоэкологии и землеустройства ФГОУ ВПО «Северо-Осетинский государственный университет им. К. Л. Хетагурова» Научный руководитель доктор сельскохозяйственных наук, профессор Бясов Казбек Харитонович
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, доцент Околелова Алла Ароновна кандидат сельскохозяйственных наук, Гончарова Людмила Юрьевна
Ведущая организация: Северо – Кавказский НИИ горного и предгорного сельского хозяйства
Защита диссертации состоится 29 декабря 2009г. в 1200 часов на заседании диссертационного совета Д 212.208.16 по биологическим наукам при Южном Федеральном университете (344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 194/1, ЮФУ, НИИ биологии, конференц-зал, e-mail: [email protected], факс: (863) 263-87 23).
С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Южного Федерального Университета по адресу 344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.
Автореферат разослан 27 ноября 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент Кравцова Н.Е.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. К числу важнейших факторов, определяющих место Северной Осетии в Российской Федерации, относится высокая концентрация на ее территории важных отраслей народного хозяйства, таких как цветная металлургия, электронная, химическая, пищевая и перерабатывающая промышленность. Это не могло не сказаться на экологическом состоянии природных объектов республики, особенно г. Владикавказа, поскольку город находится в окружении гор. Особенностью микроклимата является большое количество штилей, слабые ветра, что создает застойную атмосферу. Это усиливается котловинообразной формой рельефа. Накопление элементов загрязнителей в почвах происходит в течение всего периода урбанизации территории. При загрязнении окружающей природной среды, именно почва становится одним из основных и постоянно действующих источников поступления тяжелых металлов в растения. Исходя из вышесказанного и учитывая специфические особенности источников загрязнения, возникает острая необходимость исследований и объективной оценки степени влияния техногенеза на компоненты биосферы. Весьма важным является комплексный подход к изучению вида загрязнения и учета степени влияния различных источников загрязнения на функционирование почв города. Вопросы защиты почв приавтомагистральных автодорог и сельскохозяйственных культур от загрязнения тяжелыми металлами являются весьма актуальными для республики Северная Осетия.
Цель и задачи исследований: Целью исследований является изучение влияния техногенного загрязнения на состояние почв города Владикавказа.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- Изучить состояние почв, естественной и культурной растительности в зоне техногенного загрязнения;
- Определить содержание тяжелых металлов в исследуемых объектах почв и растительности;
- Изучить морфологические признаки почв;
- Определить физико-химические свойства почв зоны техногенного загрязнения;
- Разработать приемы детоксикации загрязненных почв;
- Разработать рекомендации по рациональному составлению структуры посевных площадей на загрязненных почвах.
Положения, выносимые на защиту:
1. Выбросы металлургических предприятий оказывают существенное влияние на загрязнение почв ТМ в 5 – 50-ти км зоне от источника загрязнения.
2. Загрязненные ТМ почвы являются источником поступления их в культурную и естественную растительность.
3. Наибольшее накопление ТМ происходит в побочной продукции культурной растительности.
4. В естественной растительности ТМ накапливаются в основном в листьях и на их поверхности.
Научная новизна исследований. Впервые изучено состояние почв, естественной и культурной растительности в зоне техногенного загрязнения города Владикавказа. Установлены уровни накопления тяжелых металлов в основной и побочной продукции растений. Установлена зависимость содержания тяжелых металлов от удаленности источника загрязнения. Разработаны приемы детоксикации загрязненных почв. Даны рекомендации по посевам наиболее толерантных к накоплению ТМ культур в зонах экологического риска.
Предложена оптимальная структура посевных площадей.
Практическая значимость работы. Полученные данные о влиянии основных источников загрязнения на примагистральные почвы, представляют интерес с точки зрения прогнозирования динамики изменения экосистем под влиянием нарастающего техногенного воздействия. Изучены особенности геохимической миграции техногенных загрязнителей в сопряженном ряду: объект загрязнения – почва – растение. Результаты исследований могут быть использованы областными и городскими комитетами по экологии и службами Роспотребнадзора. Фактический материал и основные теоретические положения работы могут использоваться при чтении курсов лекций по почвоведению, экологии, техногенному загрязнению почв и др., читаемых на кафедрах почвоведения, экологии, географии и геоэкологии классических университетов.
Апробация работы. Результаты исследований были доложены на различных конференциях: Международной научной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия», Ставрополь, 2001;
Международной научно-практической конференции «Развитие производственной и экологической безопасности в 21 веке. Проблемы и Решения» (Санкт-Петербург - Владикавказ, 2009);
конференции на кафедре геоэкологии и землеустройства Северо-Осетинского государственного университета им. К.Л. Хетагурова.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ общим объемом 0,6 п.л., в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 2, личный вклад автора в публикациях - 80%.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 120 страницах.
Состоит из 5 глав, списка использованной литературы, содержит 30 таблицы, рисунков. Список литературы представлен 131 наименованием, из них 9 на иностранных языках.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ В первой главе проанализированы имеющиеся литературные данные по основным источникам загрязнения окружающей природной среды, дана характеристика химических загрязняющих веществ, их источников, распространение в биосфере. Изучено влияние антропогенных факторов на экологическое состояние почв. Рассмотрено влияние ТМ на почвенную биоту, а также на миграцию химических элементов в почвенном профиле. Описано экологическое значение исследованных элементов (Cu, Zn, Pb, Co, Ni, Cd).
Проанализированы последствия их избытка или недостатка для живых организмов.
ГЛАВА 2. ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ Г. ВЛАДИКАВКАЗА В главе представлена оценка состояния атмосферного воздуха, водных ресурсов, почвенного покрова города Владикавказа. Рассмотрена проблема влияния автотранспорта на окружающую природную среду. В главе представлены: почвенная карта, карты–схемы основных предприятий (источников загрязнения окружающей среды), годовая роза ветров и др.
ГЛАВА 3. ОБЕКТ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Рассматриваются эколого-географические условия района исследований:
климат, рельеф, почвообразующие породы, растительный покров. Представлены карты – схемы: климатическая зональность, а также почвенная карта республики.
Объекты исследования – естественные, культурные и техногенные ландшафты в различной степени подверженные техногенезу: окрестности металлургического завода, территория совхоза, автомагистрали Федерального и регионального значения, почвы, культурная и естественная растительность. Объекты были выбраны с тем условием, что они определяют основную экологическую обстановку в регионе, исследование влияния которой на окружающую среду имеет не только экологическое, но и экономико-социальное значение. Образцы, отобранные в промышленном районе, представлены антропогенно измененными почвами, отличающимися отсутствием четко выраженных генетических горизонтов в профиле (насыпные привозные земли).
В работе также исследованы черноземы выщелоченные на флювио– гляциальных глинах, подстилаемые галечником, на глубине 25 – 95 см, лугово черноземные почвы подстилаемые галечником, формирующиеся под влиянием смешанного периодически поверхностного или постоянного устойчивого грунтового увлажнения на глубине 100 – 150 см. Основным отличительным признаком лугово–черноземных почв от черноземов, среди которых они формируются, является оглеение нижних горизонтов.
Отбор почвенных образцов проводился в соответствии с инструкцией по полевым геохимическим исследованиям и сбору материалов для анализа на содержание микроэлементов. Материал собран в 2005 – 2007 годах. В наиболее типичных местах закладывался почвенный разрез. Образцы почв отбирали на территории ОАО «Электроцинк», совхоза «Восход», Федеральной автомагистрали г. Владикавказ – г. Беслан, региональной автомагистрали г.
Владикавказ – ст. Архонская, на пашне, на расстоянии от трассы 5 м, 10 м, 25 м и 50 м. Генетические горизонты почв вскрывались до материнской породы. В почвенных образцах определялся агрегатный и химический состав. Пробы естественной растительности (разнотравье: мятлик луговой, ежа сборная, клевер белый, клевер красный) отбирались на тех же участках, что и пробы почвы.
Образцы культурной растительности (злаковые травы, кукуруза), отбирались в период их полного созревания на расстоянии 5м, 10м, 15м, 25м, и 50м от трассы. Овощеводческая продукция (картофель, капуста, томаты) отбиралась в период созревания с полей совхоза, находящихся в 5 км зоне ОАО «Электроцинк». Отбиралась хозяйственно полезная, побочная части и корни культурных растений;
у естественных растений – наземная часть и корни.
Исследования проводились на кафедре геоэкологии и землеустройства Северо-Осетинского Университета им. К.Л. Хетагурова, и на станции агрохимической службы «Северо-Осетинская», в соответствии с общепринятыми и гостированными методиками. Морфологическое описание почвенного профиля выполняли по Розанову (1987);
гумус валовой – по методу И.В. Тюрина в модификации ЦИНАО;
гранулометрический состав – по методу Н.А. Качинского;
pH водной вытяжки – потенциометрическим методом;
pH солевой вытяжки – по методу ЦИНАО, 1985;
определение подвижных соединений фосфора и калия – по методу Чирикова;
определение обменных кальция и магния – методами ЦИНАО, 1985;
определение нитратов – ионометрическим методом, ГОСТ-26483-85;
определение обменного аммония – по методу ЦИНАО,1985;
определение суммы поглощенных оснований – по методу Каппена, ГОСТ-27821-85.
Отбор проб почв, продукции растениеводства, а также определение в них ТМ, проводилось в соответствии с «Методическими указаниями по определению тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий и продукции растениеводства» (1992). Минерализацию растительных проб проводили методом сухого озоления по ГОСТ 26657-85. Подвижные формы ТМ экстрагировали с помощью кислот (1М HNO3). Определение ТМ в почвенных и растительных образцах проводились методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрофотометре «Спектр-5», в пламени ацетилен-воздух.
Коэффициент биологического поглощения определялся по формуле:
Содержание микроэлеме нта в сухой биомассе, мг/кг КБП.
Содержание микроэлеме нта в почве, мг/кг Математическую обработку полученных данных проводили с использованием компьютерных методов обработки данных (пакет программ Microsoft Excel).
ГЛАВА 4. ПОЧВЫ ТЕХНОГЕННЫХ ЛАНДШАФТОВ ГОРОДА ВЛАДИКАВКАЗ И ИХ СОСТОЯНИЕ 4.1. Физико-химическая характеристика почв города Владикавказ.
Исследуемые черноземы выщелоченные относятся к тяжелосуглинистым, с глубиной переходят в легко- и среднесуглинистые почвы. По профилю изменяется соотношение ила и пыли в физической глине. Содержание крупного песка и крупной пыли с глубиной увеличивается. Такое распределение механических фракций в профиле почв согласуется с увеличением каменистой части почвы с глубиной. Доля пыли нарастает с 53 до 66%. Сопряжено с этим изменяются и все другие показатели. Черноземы выщелоченные подстилаемые галечником, имеют благоприятный комплекс физико-химических свойств (таблица 1).
Таблица 1 – Физико-химическая характеристика чернозема выщелоченного подстилаемого галечником (разрез № 1) Фракции, % Физ.
Сумма K2O, песок, P2O5, Глубина, Гумус, поглощенных обмен. рН Горизонт подв.
0, 0,001 0, см оснований, мг/кг вод.
% мм мг/кг мм мм мг-экв/ 100г % А пах 0 – 20 25,0 53,3 53,1 5,3 24,0 129,0 99,0 6, А 20 - 44 24,0 54,5 55,9 4,4 23,0 125,0 94,0 6, В1 44 – 52 23,0 50,5 54,4 3,3 21,0 120,0 83,0 6, В2 52 – 85 20,0 43,2 56,1 1,6 20,0 116,0 65,0 6, ВС 85 – 95 13,8 41,3 66,5 0,6 19,0 112,0 61,0 6, Исследуемые почвы относятся к среднегумусным. Содержание гумуса в гумусово-аккумулятивном горизонте рассматриваемых почв колеблется от 5,3 до 0,6 %. Наблюдается уменьшение гумуса по профилю, что характерно для черноземов. Почвы выщелочены от легкорастворимых солей, карбонаты кальция и магния находятся за пределами почвенного профиля на поверхности галечника в виде пленки. Реакция почвенной среды слабокислая или близка к нейтральной, что создает благоприятные условия для роста и развития основных сельскохозяйственных культур, возделываемых в рассматриваемой зоне.
Черноземы обеспечены кальцием и магнием, поэтому сумма обменных оснований достаточно высокая, и колеблется в пределах от 24,3 мг-экв/100г в пахотном слое до 19,0 мг-экв/100г в горизонте С. В составе поглощенных оснований преобладает кальций. С глубиной снижение количества поглощенных оснований связано с уменьшением содержания гумуса и илистой фракции, определяющих поглотительную способность почв.
4.2. Содержание тяжелых металлов в почвах. Результаты исследований по определению кислоторастворимых форм ТМ в исследуемых почвах представлены на рисунке 1.
мг/кг Сu Zn Pb Co Ni Cd А пах А В1 В2 ВС Рис. 1 Содержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов в выщелоченных черноземах на галечнике, разрез № Анализ полученных данных свидетельствует о том, что на обследованных территориях почвы загрязнены в основном цинком, свинцом, медью, кадмием и кобальтом. Содержание цинка в черноземе выщелоченном и лугово-черноземных почвах по профилю колеблется от 197,4 до 205,0 мг/кг и 14,5 - 18,8 мг/кг соответственно. Тогда, как содержание цинка в хемоземе достигает 3224 мг/кг в верхнем горизонте и 1891 мг/кг - в нижнем. Содержание меди в выщелоченном черноземе колеблется в пределах 90,7- 95,0 мг/кг в верхних горизонтах, в нижних - 15,3 - 19,0 мг/кг, в лугово-черноземных почвах - 75,7 мг/кг и 15,0 мг/кг соответственно. Содержание меди в хемоземе колеблется в пределах от 120, мг/кг, до 550 мг/кг.
мг/кг Cu Zn Pb Co Ni Cd 0-12 cм 12-21 см 30-40 см 70-80 см Рис. 2 Содержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов в урбанизированных выщелоченных черноземах на галечнике, разрез № В результате деятельности ОАО «Электроцинк» загрязняет не только свою территорию, но и почвы близлежащего (5 км) совхоза «Восход». На черноземах выщелоченных (совхоз, 5 км зона от источника загрязнения) наблюдается превышение ПДК кислоторастворимых форм меди - в 25 раз, свинца – 24,5 раза, цинка – 8,5 раз, кадмия – 3,8 раз, никеля – 1,4 раза, кобальта – 1,4 раза (рис. 1).
Необходимо отметить, что содержание ТМ в хемоземе заметно превышает ПДК. Для меди – в 183 раза, цинка –140 раз, свинца – 67 раз, кадмия – 40,5 раз, кобальта – в 3,5 раза, никеля – 2,9 раза (рис. 2).
Содержание ТМ в приавтомагистральных почвах приведено в таблицах 2 – 3.
В черноземах выщелоченных на галечнике содержание меди достигает 90,7 мг/кг в Апах горизонте, а в горизонте BC – 19,0 мг/кг. Содержание никеля в Апах - 14, мг/кг, а в горизонте BC – 5,6 мг/кг. Содержание цинка колеблется в пределах от 200,0 мг/кг в Апах, до 16,6 в горизонте ВС. В целом, в исследуемых образцах почв есть превышения ПДК по свинцу – в 32,5 раза, меди – 30 раз, цинку - 8,6 раз, кадмию – 4,4 раза, никелю – 3,6 раз (табл.2).
Таблица 2 – Содержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов в выщелоченных черноземах на галечнике, разрез № Химический элемент, мг/кг почвы Глубина Генетический Cu Zn Pb Co Ni Cd горизонт взятия образца, ПДК- 3,0 ПДК- 23,0 ПДК- 6,0 ПДК- 5,0 ПДК- 4,0 ПДК-0,1 – 0, см Апах 0-25 90,7 200,0 195,5 9,2 14,5 2, А 25-40 70,5 154,0 136,2 6,4 11,6 1, В1 40-60 53,0 85,2 97,0 4,9 9,0 1, В2 60-85 33,4 44,1 55,7 3,8 7,5 0, ВС 85-92 19,0 16,6 29,6 2,9 5,6 0, В лугово-черноземных почвах содержание меди в верхнем горизонте - 95, мг/кг, тогда как в горизонте BC – 15,3 мг/кг. Содержание цинка в верхнем горизонте составляет 215 мг/кг, а в горизонте ВС – 14,5г/кг. Содержание никеля в Апах – 14,6 мг/кг, а в горизонте ВС – 5,5 мг/кг. В результате исследований установлено превышения ПДК тяжелых металлов в лугово-черноземных почвах.
Количество свинца превышает в 33 раза, меди – 31,6, цинка – 9,3, кадмия – 5, раз, никеля – 3,6, кобальта – 1,9 раз.
Таблица 3 – Содержание кислоторастворимых форм тяжелых металлов в лугово-черноземных почвах подстилаемых галечником, разрез № Химический элемент, мг/кг почвы Глубина Генетический горизонт взятия Cu Zn Pb Co Ni Cd образца, ПДК ПДК- 3,0 ПДК- 6,0 ПДК- 5,0 ПДК- 4,0 ПДК- 0,1 – 0, см 23, Апах 0-20 95,0 215,0 199,5 9,9 14,6 2, А 20-50 73,0 166,0 141,3 7,5 12,8 1, В1 50-83 55,5 74,5 96,9 5,2 9,7 1, В2 83-105 27,5 36,2 56,0 3,0 6,9 0, С 105-125 15,3 14,5 22,5 2,3 5,5 0, 4.3. Накопление тяжелых металлов в растениях. В связи с нарастанием техногенного загрязнения окружающей среды, особенно в пригородных зонах городов снижается качество сельскохозяйственной и естественной растительности, что может представлять экотоксикологическую опасность, в том числе по содержанию в них тяжелых металлов, отличительной чертой которых является способность накапливаться в основной продукции сельскохозяйственных растений.
В результате деятельности ОАО «Электроцинк» тяжелые металлы, попадающие в почву, накапливаются в ней и, поступают в растениеводческую продукцию. Следовательно, при загрязнении территории почва становится источником поступления ТМ в растения, далее в корм животных и пищу человека.
Содержание ТМ в исследуемых образцах основной и побочной овощеводческой продукции представлено в таблице 4. Концентрации некоторых ТМ в растительной продукции достигают такого уровня, при котором ее использование становится опасным для здоровья человека.
Таблица 4 – Содержание ТМ в растительной продукции совхоза «Восход» Химический элемент, мг/кг сухого вещества Коли Продукция чество Cu Zn Pb Co Ni Cd растение образ водства цов ПДК-10 ПДК-10 ПДК-0,5 ПДК-0,5 ПДК-0,5 ПДК-0, Капуста 6 8,50 25,62 31,66 2,20 0,20 0, листья Томат 6 22,60 69,39 38,30 0,40 3,45 0, Картофель 6 1,20 2,60 18,00 1,17 2,12 0, клубни Картофель 6 0,60 1,10 9,40 0,25 0,08 0, ботва Ботва 6 11,30 28,10 57,80 2,54 0,07 0, томатов Кочерыжка 6 79,70 42,70 76,60 11,10 1,72 4, капусты Накапливаясь в различных частях растений в высоких концентрациях, тяжелые металлы проявляют токсичность.
Наиболее загрязненной оказалась продукция томата. Содержание меди, цинка, свинца, никеля в плодах томатах составляет 22,60;
69,36;
38,30;
3, соответственно.
Загрязнение капусты выражено слабее. Однако, все же отмечены высокие концентрации свинца – 31,66 мг/кг;
цинка – 25,62 мг/кг;
кобальта – 2,20 мг/кг;
кадмия – 0,2 мг/кг, никеля – 0,2 мг/кг.
Картофель был также подвержен загрязнению тяжелыми металлами.
Содержание свинца превышает ПДК в клубнях картофеля в 36 раз, а в ботве картофеля - в 18 раз.
Побочная продукция в виде томатной ботвы и капустной кочерыжки характеризуется более высоким уровнем металлов, причем транслокация ТМ в кочерыжку выражена значительнее.
Таким образом, растениеводческая продукция совхоза достаточно сильно загрязнена ТМ, что отражает негативное влияние антропогенного фактора на почву и растительность. Поэтому посев овощных культур в зоне техногенного загрязнения почв из структуры посевных площадей должен быть исключен.
Известно, что на аккумуляцию химических элементов растениями влияет целый комплекс факторов (Ильин, 1985, 1991). Важнейшие среди них – видовые особенности растений (Шильников, 1994). Содержание ТМ культурной и естественной растительности вдоль автомагистралей представлены в таблицах 5 6. Образцы отбирались в трехкратной повторности на расстоянии от полотна дороги 5м, 10м, 15м, 25м, 50м. Полученные данные показали, что наибольшее накопление ТМ происходит в листостебельной массе и в корнях. Значительное варьирование уровней содержания металлов в растениях одного вида свидетельствует о влиянии на процесс аккумуляции не только биологических особенностей, но и внешних факторов.
Таблица 5 – Содержание ТМ в растительных образцах вдоль автомагистрали г. Владикавказ – г. Беслан Химический элемент, мг/кг сухого вещества Количество Растение Cu Zn Pb Co Ni Cd образцов ПДК-10 ПДК-10 ПДК-0,5 ПДК-0,5 ПДК-0,5 ПДК-0, Пшеница-зерно 15 0,40 0,50 0,80 0,10 0,060 0, Стебель 15 0,80 0,70 0,50 0,20 0,080 0, Корни 15 1,20 0,90 1,40 0,30 0,093 0, Кукуруза-зерно 15 0,80 0,60 0,60 0,35 0,023 0, Стебель 15 1,10 0,80 0,90 0,51 0,047 0, Корни 15 1,30 1,00 1,20 0,65 0,075 0, Разнотравье:
15 0,70 0,60 0,90 0,35 1,28 0, надземная часть Корни 15 1,30 1,50 1,00 0,60 1,43 0, Таблица 6 - Содержание ТМ в растительности вдоль автомагистрали г. Владикавказ – ст. Архонская Химический элемент, мг/кг сухого вещества Кол-во Растение Cu Zn Pb Co Ni Cd образцов ПДК-10 ПДК-10 ПДК-0,5 ПДК-0,5 ПДК-0,5 ПДК-0, Пшеница-зерно 15 0,021 3,3 3,5 0,12 0,170 0, Стебель 15 0,330 4,7 4,7 0,24 0,024 0, Корни 15 0,400 6,0 6,9 0,35 1,047 0, Кукуруза-зерно 15 0,300 5,7 4,0 0,20 1,044 0, Стебель 15 4,2 6,5 5,5 0,33 1,069 0, Корни 15 5,9 7,4 6,7 0,48 1,082 0, Разнотравье:
надземная часть 15 3,9 4,1 3,0 0,11 1,19 0, Корни 15 5,5 5,8 5,3 0,23 0,80 0, 4.4. Коэффициент биологического поглощения ТМ растениями. Для оценки степени поглощения исследованных элементов ТМ растениями был рассчитан коэффициент биологического поглощения, как отношение содержания элемента в золе растений к содержанию его в почве. Коэффициент биологического поглощения ТМ в естественной и сельскохозяйственной растительности, представлен в таблицах 7 - 9.
В соответствии с классификацией А.И. Перельмана (1975), при КБП элементы накапливаются в растениях, а при КБП 1 только захватываются.
Следовательно, растения с КБП 1 можно отнести к концентраторам, а с КБП – к деконцентраторам. В исследуемых образцах сельскохозяйственной продукции совхоза «Восход», КБП в кочерыжке капусты составляет: Cd – 2 мг/кг, Cu – 1,05 мг/кг, следовательно, побочная часть капусты является концентратором, тогда как основную часть исследуемых образцов растительности можно считать деконцентраторами (табл.7).
Таблица 7 – Коэффициент биологического поглощения ТМ в сельскохозяйственной растительности (совхоз «Восход») Растение Коэффициент биологического поглощения, мг/кг Cu Zn Pb Co Ni Cd Капуста-листья 0,100 0,100 0,200 0,300 0,030 0, Томат 0,300 0,400 0,300 0,050 0,500 0, Картофель-клубни 0,020 0,010 0,120 0,200 0,300 0, Картофель-ботва 0,008 0,005 0,006 0,003 0,010 0, Ботва томата 0,200 0,200 0,400 0,300 0,010 0, Кочерыжка капусты 1,050 0,200 0,500 1,500 0,300 2, Таблица 8 – Коэффициент биологического поглощения ТМ в сельскохозяйственной и естественной растительности, выращенной на выщелоченных черноземах на галечнике (5 км от автомагистрали) Коэффициент биологического поглощения, мг/кг Растение Cu Zn Pb Co Ni Cd Пшеница-зерно 0,004 0,003 0,004 0,010 0,004 0, Стебель 0,008 0,004 0,002 0,025 0,005 0, Корень 0,010 0,008 0,007 0,030 0,006 0, Кукуруза-зерно 0,009 0,003 0,003 0,004 0,001 0, Стебель 0,010 0,004 0,004 0,060 0,003 0, Корни 0,020 0,005 0,006 0,070 0,005 0, Разнотравье:
0,007 0,004 0,004 0,030 0,080 0, надземная часть Корни 0,010 0,008 0,005 0,050 0,090 0, Таблица 9 – Коэффициент биологического поглощения ТМ сельскохозяйственной и естественной растительности, выращенной на лугово черноземных почвах на галечнике (5 км от автомагистрали) Коэффициент биологического поглощения, мг/кг Растение Cu Zn Pb Co Ni Cd Пшеница-зерно 0,002 0,001 0,002 0,010 0,010 0, Стебель 0,003 0,003 0,003 0,020 0,030 0, Корни 0,004 0,003 0,004 0,030 0,040 0, Кукуруза-зерно 0,005 0,002 0,002 0,020 0,010 0, Стебель 0,006 0,003 0,002 0,030 0,040 0, Корни 0,007 0,004 0,003 0,040 0,050 0, Разнотравье:
надземная часть 0,010 0,002 0,005 0,020 0,001 0, Корни 0,002 0,003 0,006 0,040 0,002 0, По величине КБП можно сделать вывод об относительном благополучии экологической обстановки вдоль автомагистралей. КБП в 5 км от полотна дороги не превышает 0,07 мг/кг.
ГЛАВА 5. ДЕТОКСИКАЦИЯ ПОЧВ, ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТМ Почвенный покров вместе с его микромиром выполняет функции универсального поглотителя, разрушителя и нейтрализатора различных загрязнений. Несмотря на протекторные свойства почвы, существуют пределы, превышение которых приводит к необратимым процессам. Следовательно, особое значение имеет детоксикация, восстановление техногенно нарушенных земель, а также превентивные меры. Все работы по детоксикации земель должны быть основаны на хорошо проработанных способах использования земель с учетом специальных видов природного и хозяйственного планирования, в том числе, почвенно-географического, геоботанического, земледельческого. Многие исследователи: М.М. Овчаренко (1996), Ш.А. Алиев (2001), Л.Л. Ефремова (1988) и др., предлагают такой эффективный прием, снижающий подвижность ТМ как известкование кислых почв. Но он носит зональный характер и не является продуктивным в отношении нейтральных и слабощелочных почв, поскольку на кислых почвах подвижность ТМ выше, что увеличивает поступление их в растения. Большую роль в миграции и сорбции ТМ играет органическое вещество почвы. Оно повышает поглотительную способность, буферность почвы, способствует снижению токсического действия ТМ, концентрации солей в почвенном растворе, уменьшению фитотоксичности многовалентных ТМ и препятствует их проникновению в растения. Продолжительное действие внесения высоких доз органических удобрений проявляется на легких почвах с малой поглотительной способностью.
Эффективный прием – применение специальных севооборотов, что особенно актуально для почв интенсивно загрязненных токсикантами и находящихся в сельскохозяйственном использовании. В связи с этим предлагается следующий севооборот: озимая пшеница, кукуруза на зеленую массу, кукуруза на зерно, ячмень, гречиха сахалинская. Вместо гречихи сахалинской можно использовать подсолнечник или коноплю, однако гречиха сахалинская дает более 600 ц зеленой массы, выносит ТМ из почвы и накапливает их в своем организме. Утилизируется на специально отведенном месте для сжигания. При использовании данного метода фитоэкстракции необходимо выращивать растения, которые отличаются быстрым ростом и наращиванием большой биомассы. Для того чтобы разработать систему мероприятий, обеспечивающих получение экологически безопасной продукции при различном уровне загрязнения почв необходимо учитывать неравномерность поступления ТМ в растения. При этом должны учитываться культура, сорт, используемые части растения. С учетом коэффициента биологического накопления ТМ в растениях, в почвах с разным уровнем загрязнения можно получать достаточно экологически чистый урожай зерновых культур. При выращивании деревьев и кустарников по обе стороны от дороги необходимо подбирать такие породы, которые наиболее толерантны к наличию в почве ТМ. Конструкции лесных полос определяют степень и характер их ветропроницаемости в зависимости от ширины и плотности полосы, а, следовательно, и от густоты, высоты, состава пород. Нами предлагается, ажурная конструкция лесных полос. Сравнительно ветропроницаемые насаждения, с использованием грецкого ореха и белой акации.
ВЫВОДЫ 1. Почвенный покров загрязненных ландшафтов города Владикавказа представлен агрочерноземами и хемоземами.
2. Основными источниками загрязнения почв города являются выбросы автотранспорта и металлургических заводов.
3. Почвы, находящиеся в зоне влияния металлургических заводов, претерпевают негативные изменения, что отражается как на их морфологических признаках, так и на физико-химических свойствах.
4. В зоне техногенного загрязнения содержание ТМ повышенное, особенно в хемоземе: Cu – 183 ПДК, Zn - 140 ПДК, Pb - 67 ПДК, Cd – 40,5 ПДК, Co – 3, ПДК, Ni – 2,9 ПДК;
5. Установлено, что концентрация ТМ в верхнем горизонте почв снижается по мере удаления от источника загрязнения: от магистральных автодорог на 25- км, а от металлургических заводов, в зависимости от основного направления розы ветров на 5-30 км.
6. Наибольшее количество ТМ накапливается в овощных культурах, возделываемых на агрочерноземах, особенно в ботве томата, кочерыжке капусты.
7. Транслокация ТМ в зерновые культуры незначительна. КБП не превышает 0,2 мг/кг.
8. Изученные виды растений обладают различной способностью накапливать ТМ. КБП в основной продукции совхоза не превышает 0,5мг/кг, тогда как побочной части капусты КБП Cu – 1,05мг/кг, Co – 1,5мг/кг, Cd – 2,1мг/кг.
9. Результаты исследований показали, что накопление ТМ растительностью и почвой в значительной степени зависит от рельефа местности, направления розы ветров, удаленности от дороги и наличия защитных насаждений вдоль автомагистрали.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 1. В зоне техногенного загрязнения почв посев овощных культур должен быть исключен из структуры посевных площадей.
2. Зеленую массу растений в придорожных лесополосах нельзя использовать на корм скоту.
3. При высоком уровне загрязнения почв предлагается возделывание технических культур, толерантных к наличию токсикантов в почве.
4. Для снижения поступления ТМ в растения необходимо увеличивать поглотительную способность почвы, путем применения органических удобрений, глинования и цеолитов.
Список работ, опубликованных по теме диссертации Статьи в издании, рекомендованном ВАК РФ:
1. Зангелиди В.В., Бясов К.Х. Влияние антропогенного фактора на экологическое состояние почв и продуктов растениеводства в зоне техногенного загрязнения [Текст] / В.В. Зангелиди, К.Х. Бясов // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ) – 2008. – Том13. № 3 –– С.106-110. (70 %, 0,2 п.л.).
2. Зангелиди В.В., Цуциева З.Б. Влияние антропогенного фактора на экологическое состояние почв г. Владикавказа [Текст] / В.В. Зангелиди, З.Б.
Цуциева // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). – 2009. – Том 14. № 5 – С. 128-129 (80 %, 0,1 п.л.).
Работы, опубликованные в других изданиях:
3. Зангелиди В.В., Бясов К.Х. Химический состав почв - важнейшее условие получения биологически безопасных продуктов растениеводства [Текст] /В.В.
Зангелиди, К.Х. Бясов // Тезисы докладов международной научно-практической конференции «Экологически безопасные технологии в сельскохозяйственном производстве в 21веке». – Владикавказ, 2000. – С. 78-79. (80 %, 0,1п.л.).
4. Зангелиди В.В., Бясов К.Х. Особенности распространения и накопления ТМ в системе почва-растение [Текст] / В.В. Зангелиди, К.Х. Бясов // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ) – 2000. – № 5 – С. 82-84. (70 %, 0,2 п.л.).
5. Зангелиди В.В., Бясов К.Х. Загрязнение почв ТМ [Текст] / В.В. Зангелиди, К.Х. Бясов // Материалы международной научной конференции «Деградация почвенного покрова и проблемы агроландшафтного земледелия». – Ставрополь, 2001. – С. 244-245. (60 %, 0,1 п.л.).
Список сокращений используемых в работе ПДК – предельно – допустимая концентрация;
КБП – коэффициент биологического поглощения;
ТМ – тяжелые металлы