авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Подвижные формы тяжелых металлов (cu, zn, pb, cd) в почвах геохимических ландшафтов краснодарского края

-- [ Страница 1 ] --

ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи


ЛЯШЕНКО Елена Александровна


ПОДВИЖНЫЕ ФОРМЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ (Cu, Zn, Pb, Cd) В ПОЧВАХ ГЕОХИМИЧЕСКИХ ЛАНДШАФТОВ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ

Специальность: 25.00.23 – Физическая география и биогеография,

география почв и геохимия ландшафтов


Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата географических наук

Ростов-на-Дону – 2009

Работа выполнена в Новороссийском политехническом институте Кубанского государственного технологического университета


Научный руководитель: доктор географических наук, профессор

Дьяченко Владимир Викторович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Казеев Камиль Шагидуллович

доктор биологических наук

Приваленко Валерий Владимирович

Ведущая организация: Институт геологии рудных месторождений,

петрографии, минералогии и геохимии РАН

Защита состоится « __ » ________ 2009 г. в ____ часов на заседании

Диссертационного совета Д 212.208.12 в Южном федеральном университете

по адресу: 344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, геолого-географический факультет,

ауд. 210. Тел./факс: (863) 222-57-01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЮФУ по адресу:

344006, Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148.

Автореферат разослан « __ » _________ 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного Совета,

к.г.н., доцент Т.А. Смагина

ВВЕДЕНИЕ


Актуальность работы. В настоящее время вопросам контроля экологического состояния почв уделяется все больше внимания. В этой связи в почвах изучают содержания широкого круга потенциально токсичных для живых организмов тяжелых металлов (ТМ), прежде всего, Cu, Zn, Pb, Cd. Однако область научного поиска часто ограничивается исследованием функции отклика экосистем на изменение их валовых запасов. Наиболее же активными компонентами питания живых организмов и агентами загрязнения являются подвижные соединения, то есть тот запас химических элементов, который способен переходить из твердых фаз в почвенные растворы.

Для Краснодарского края, очень важного для России в аграрном и рекреационном аспекте, исследования подвижной формы ТМ и установление ее доли в валовом содержании особенно актуальны по следующим причинам. Во-первых, проведенные ранее работы были посвящены только некоторым типам почв и направлены на изучение их обеспеченности ограниченным кругом металлов (Cu, Zn), а не на допустимый уровень накопления, превышение которого означает загрязнение. Во-вторых, они затруднили проведение геохимического мониторинга подвижных форм из-за использования различных экстрагентов, характеризующих неодинаковую степень подвижности элементов. В-третьих, практически не учитывали региональную географическую дифференциацию и геохимические особенности территории. Перечисленные обстоятельства обостряются эксплуатацией месторождений рудных полезных ископаемых в крае и интенсивным ведением сельского хозяйства, когда ТМ активно вносятся в ландшафты (в качестве полезного компонента или балласта).

Использование ландшафтно-геохимического подхода в работе призвано учесть эти моменты и получить объективную информацию о распределении подвижных форм ТМ в почвах наиболее распространенных и интенсивно трансформированных ландшафтов Краснодарского края.

Цель работы. Установление геоэкологических особенностей географической и техногенной дифференциации подвижных форм Cu, Zn, Pb, Cd в почвах природных и сельскохозяйственных ландшафтов Краснодарского края.

Основные задачи работы:

– определить параметры распределения подвижных форм ТМ в почвах геохимических ландшафтов и выявить факторы, способствующие изменению структуры форм нахождения и валовых запасов;

– изучить характер динамики ТМ в почвах геохимических ландшафтов;

– сопоставить уровень содержания ТМ в почвах с санитарно-гигиеническими нормативами и предложить рекомендации по разработке региональных и локальных показателей, нормирующих концентрацию подвижных форм;

– проанализировать возможность интегральной эколого-геохимической оценки состояния почв по подвижным формам металлов.

Фактический материал. Диссертация – итог шестилетних исследований автора и обобщения более ранних работ. Основой фактического материала являются результаты площадного регионального опробования верхнего слоя почв (0-20 см) с плотностью 1 точка на 20-25 км2 и последующим определением валового содержания ТМ в 2983 пробах эмиссионным спектральным методом анализа. А также данные более детальных исследований почв ландшафтов с установлением содержания подвижных и валовых форм методом атомно-абсорбционной спектроскопии в 746 образцах. Для характеристики геохимических свойств основных типов почв края (черноземов, бурых и серых лесных, рендзин, луговых, желтоземов и др.) определялись макрокомпонентный состав и рН водной вытяжки [Аринушкина, 1975], а также содержание карбонатов [Агрохимические…, 1975].

Исходными данными послужили карты геохимических ландшафтов Краснодарского края в масштабе 1: 500 000 и Северного Кавказа в масштабе
1: 1 000 000 [Дьяченко, 1995, 2004], другие картографические материалы различных масштабов; агрометеорологические сборники по Краснодарскому краю; результаты исследований, выполненных по грантам, соисполнителем которых являлась автор: РФФИ (№ 03-05-96-531 «Изучение особенностей фонового распределения подвижных форм тяжелых металлов в почвах техногенных и биогенных ландшафтов Краснодарского края») и Минобразования РФ (№ 2.13.019 «Исследование геоэкологических особенностей ландшафтов Северного Кавказа методами лазерного зондирования»). В диссертации обобщены опубликованные научные материалы, посвященные разным направлениям исследуемой проблемы, в том числе данные о внутрипрофильном распределении подвижных форм ТМ на территории Краснодарского края.

Автор принимала участие в полевых работах, пробоподготовке, статистической обработке данных и написании отчетов.

Апробация работы. Результаты исследований представлялись на
IX Международной конференции студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность как ключевой фактор устойчивого развития» (Москва, МГГУ, 2005); Международном семинаре «Современные технологии мониторинга и охраны природных ресурсов южных морей» (Ростов-на-Дону, 2005); Научных чтениях Института географии СО РАН, посвященных 100-летию академика В.Б. Сочавы (Иркутск, 2005); XI Международной ландшафтной конференции «Ландшафтоведение: теория, методы, региональные исследования» (Москва, МГУ, 2006); XV и XVI Международных конференциях «Высокие технологии в медицине, биологии и геоэкологии» (п. Абрау-Дюрсо, 2007, 2008).

Автором опубликованы 23 научные работы, из них 14 по теме диссертации и району исследований, включая три статьи в изданиях из перечня ВАК.

Научная новизна работы. В результате впервые проведенных в Краснодарском крае региональных работ по изучению подвижных форм ТМ в почвах на ландшафтно-геохимической основе:

– исследованы особенности географической и техногенной дифференциации подвижных форм Cu, Zn, Pb, Cd в почвах ландшафтов;

– установлен набор ландшафтно-геохимических факторов, влияющих на подвижность ТМ и динамику концентраций в почвах;

– выявлены изменения в спектре подвижных форм, происходящие при преобразовании биогенных ландшафтов в техногенные (сельскохозяйственные);

– определены ландшафтные и региональные параметры распределения, а также составлены карты фоновых содержаний ТМ в валовой и подвижной формах в гумусовом горизонте почв;

– дана эколого-геохимическая оценка состояния почв ландшафтов.

Практическая значимость работы. Результаты исследований являются основой для мониторинга, ориентиром при экологической оценке состояния почв на региональном уровне и деятельности по оптимизации природопользования.

Защищаемые положения.

  1. Подвижные формы ТМ значительно чувствительнее к изменению ландшафтно-геохимических условий, чем валовые, поэтому уровень геохимической неоднородности почв различных ландшафтов по их содержанию в несколько раз выше. Основным фактором дифференциации подвижных форм являются щелочно-кислотные условия.
  2. Повышение степени техногенного преобразования ландшафтов, внедрение интенсивных сельхозтехнологий и интродуцированных культур ведет к снижению природной дифференциации содержаний ТМ. Возделывание риса и чая подавляет исходные ландшафтно-геохимические различия территорий, способствуя агрохимической конвергенции почв.
  3. Увеличение водорастворимых соединений в структуре подвижных форм ТМ приводит к уменьшению их обменных и валовых запасов в почвах Краснодарского края. Особенно интенсивно это проявляется при богарном земледелии.
  4. Биофильность металлов, а также специфика природопользования в крае определяют более сильные годовые и сезонные вариации подвижных форм Сu и Zn, чем Pb и Cd. В целом динамика ТМ в почвах техногенных ландшафтов более значительна, нежели в биогенных, а направление изменения концентраций зависит от вида природопользования.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка литературы и 7 приложений общим объемом 192 страницы. Текст (без приложений) содержит 52 таблицы, 45 рисунков, 10 карта-схем. Список литературы включает 200 наименований, из них 24 на иностранных языках.

Автор выражает свою признательность и благодарность научному руководителю, профессору В.В. Дьяченко за своевременную и безотлагательную помощь, а также Д.Ю. Бургонскому, Л.Г. Дьяченко, к.с/х.н. В.Д. Жукову,
к.г.-м.н. В.Н. Казмину, Е.В. Колпаковой, Л.В. Ляшенко, к.г.-м.н. И.Ю. Матасовой, к.г.н. А.В. Маршинину, к.с/х.н. В.П. Суетову, к.х.н. Е.И. Череп,
д.ф.-м.н. В.Г. Шеманину, Неправительственному экологическому фонду им. академика В.И. Вернадского за содействие и обеспечение благоприятных условий при работе над диссертацией.







Глава 1. АНАЛИЗ РАНЕЕ ПРОВЕДЕННЫХ РАБОТ.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ


В главе обобщены сведения об основных этапах изучения подвижных форм химических элементов в нашей стране и крае, первый из которых (60-70-е гг.) был обусловлен необходимостью установления обеспеченности почв металлами-микроэлементами (Cu, Zn) для оптимизации сельского хозяйства, а второй (с 80-х гг. по настоящее время) – проблемами загрязнения в связи с нарастающей техногенной нагрузкой на экосистемы. Изложены спорные моменты, связанные с выбором экстрагентов для извлечения подвижных форм, и описаны последствия одновременного использования разных систем диагностики почв (Пейве-Ринькиса и Крупского-Александровой). Представлена информация о научном вкладе различных авторов по рассматриваемой тематике (Ю.В. Алексеев, Н.Г. Зырин,
В.В. Добровольский, В.А. Большаков, М.С. Панин, Д.Л. Пинский, И.В. Якушевская и др.), в том числе работавших в регионе (Дж. Абедин, В.В. Акимцев,
Е.С. Блажний, А.Н. Борисова, В.Д. Жуков, М.Н. Корсунова, Т.М. Минкина,
Е.В. Тонконоженко, Ф. Текое, А.Х. Шеуджен и др.). В результате анализа их данных скорректированы методы и обозначены приоритеты дальнейших исследований.

Глава 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Основным методическим подходом для анализа закономерностей и факторов миграции ТМ в почвах был принят ландшафтно-геохимический. Он опирается на теоретические разработки Б.Б. Полынова [1956], А.И. Перельмана [1960, 1975, 1999], М.А. Глазовской [1981, 2002], Н.С. Касимова [1988] и др.

Отправная точка исследования – результаты регионального ландшафтно-геохимического картографирования и литохимического опробования почв Краснодарского края и Северного Кавказа (в масштабах 1: 100 000 – 1: 500 000). Они проведены в едином методическом ключе коллективами НИИ геохимии биосферы РГУ и НПИ КубГТУ, в числе сотрудников которых со студенческих лет (2003-2004 гг.) состояла и автор данной работы.

На начальном этапе была уточнена и детализирована карта и схема выделения геохимических ландшафтов Краснодарского края в соответствии с принципами, предложенными В.В. Дьяченко [2004]. Выделено 97 ландшафтов. Из них выбраны 44 наиболее распространенных и подверженных техногенной трансформации [Отчет…, 2005]. Это, прежде всего, ландшафты, сформировавшиеся на терригенно-карбонатных отложениях мел-палеогена (), терригенных палеоген-неогена (), терригенно-карбонатных () и терригенных () неогена и четвертичных: элювиально-делювиальных (), аллювиальных () и аллювиально-морских (). Они сменяют друг друга в каскадной системе Северо-Западного Кавказа от низко-среднегорий к равнинам с уменьшением возраста почвообразующих отложений и ландшафтов и увеличением техногенной нагрузки.

Ведущий принцип организации исследований – одновременное рассмотрение всех ландшафтов, сформировавшихся на определенной материнской породе, и сопряженное использование нескольких вытяжек для установления валового содержания ТМ и форм различной степени подвижности. Точка отсчета техногенного преобразования ландшафтов – сохранившиеся природные ландшафты лиственных, смешанных лесов и болот.

Литохимическое опробование почв с определением подвижных форм ТМ проводилось равномерно в наиболее типичных участках ландшафтов. Для установления сезонной и годовой динамики ТМ, а также изучения латеральной (в масштабе 1:10 000) и радиальной дифференциации почвы отдельных ландшафтов подвергались мониторинговым исследованиям. Представлена карта фактического материала, где отмечены точки отбора проб и пункты мониторинга.

Валовое содержание элементов в почвах устанавливалось спектральным эмиссионным методом в лаборатории ГГП «Севкавгеология», Cd – атомно-абсорбционным. Все определения подвижных форм (1996-2007 г.) проводились в аккредитованной лаборатории «Гея-НИИ» (г. Краснодар) под руководством к.с/х.н. В.П. Суетова. До 10 % проб, отправленных на анализ – контрольные.

Содержание подвижных форм в воздушно-сухих образцах почв определялось с помощью вытяжек 1 н. HCl (сорбированные), ацетатно-аммонийного буферного раствора с рН 4,8 (обменные и непрочно сорбированные), бидистиллированной воды (водорастворимые). Отношение почвы к раствору 1:10 [Методические…, 1992]. Время экстракции 1 ч (при взбалтывании на ротаторе) или отстаивание 24 ч с последующим пропусканием через фильтр «белая лента» и определением методом атомно-абсорбционной спектроскопии, фиксирующим следовые количества элементов, в пламени ацетилен-воздух на приборе AAS-1-N.

Основное внимание уделено ацетатно-аммонийной вытяжке (ААБ), поскольку она используется значительно шире, отличается сильной коррелятивной зависимостью с содержанием ТМ в растениях [Зырин, Стойлов, 1964; Лях, Стрижова, 1985; Саляев, 1969; Соловьев, 1989] и на ней базируется нормирование подвижных форм в почвах.

Для лабораторного контроля и установления степени подвижности ТМ в конкретных пробах использовались данные валового содержания, определенные методом атомной абсорбции в лаборатории «Гея-НИИ».

Аналитические данные формировались в группы, соответствующие определенным ландшафтам. Для установления наиболее достоверной картины распределения подвижных форм в мониторинговых пробах, отобранных в различные периоды на каждой точке наблюдений, рассчитывалось среднее содержание, которое далее включалось в выборки. К последним применялись методы вариационной статистики, корреляционного и дисперсионного анализов [Беус, Григорян, 1976; Гмурман, 2001; Инструкция по…, 1983; Перельман, Касимов, 1999]. Кроме того, рассчитывались коэффициенты радиальной и латеральной дифференциации, коэффициент индивидуальности ландшафтов, внутриклассовый коэффициент корреляции по формуле [Давыдова, 1991]:

,

где А 2 и Z 2 – факторная и случайная дисперсии значений концентраций;

nc – усредненный объем градаций изучаемого фактора.

Глава 3. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЛАНДШАФТЫ КРАСНОДАРСКОГО КРАЯ


Используемая карта геохимических ландшафтов составлена в соответствии с классификациями А.И. Перельмана [1975], М.А. Глазовской [2002], В.А. Алексеенко [1989], доработанными В.В. Дьяченко для условий Краснодарского края [1995] и Северного Кавказа [2004]. Описаны сгруппированные в шесть таксономических уровней классификационные параметры (ландшафтообразующие факторы): основной вид миграции элементов, характер природопользования и растительного покрова, класс водной миграции, особенности рельефа, аэральный перенос, состав горных пород. Представлен уточненный вариант карты и схемы выделения. Дана характеристика наиболее распространенных ландшафтов района исследований.

Глава 4. ВЛИЯНИЕ ЛАНДШАФТНО-ГЕОХИМИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА ПОВЕДЕНИЕ ПОДВИЖНЫХ ФОРМ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ

Распределение подвижных соединений ТМ в почвах Краснодарского края очень неравномерно (табл. 1). Фоновые содержания обменных форм в различных геохимических ландшафтах отличаются в 18,5 (Zn)-198,7(Cu), сорбированных –
в 3,4 (Zn)-29,8 (Cu), тогда как валовых в 1,9 (Pb)-14,5 (Cd) раза. Степень неоднородности ландшафтов по содержанию водорастворимых соединений установлена только для Cu и Zn (до 5 раз), поскольку количество Cd во всех пробах ниже предела чувствительности метода атомно-абсорбционной спектроскопии, а Pb обнаружен лишь в 30 % рассматриваемых ландшафтов.

Таблица 1

Вариационно-статистические параметры распределения ТМ

в почвах ландшафтов Краснодарского края (р = 95 %)



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.