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:     | 1 || 3 | 4 |

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

-- [ Страница 2 ] --
Элементы Параметры Вал 1,0 н. HCl ААБ с рН 4,8 Н2Обидист.
Cu мг/кг 56,25±0,99 17,43±7,77 1,00±0,27 0,41±0,06
V, % 36,3 104,3 118,0 59,8
Zn мг/кг 122,47±30,94 15,28±1,48 4,70±0,53 2,13±0,23
V, % 37,9 35,9 78,8 43,3
Pb мг/кг 40,10±0,44 16,75±2,67 3,29±0,46 0,95±0,10
V, % 22,7 52,9 97,7 47,6
Cd мг/кг 1,16±0,14* 1,10±0,25 0,28±0,05 н.о.**
V, % 61,25 85,09 87,60 -

Примечание. * Валовое содержание Cd определено методом атомно-абсорбционной спектроскопии;

** содержание не обнаружено

В подвижных формах наибольшая дифференциация характерна для Cu. На примере обменных соединений видно, что варьирование ТМ в техногенных ландшафтах увеличивается, а содержание при этом снижается, что справедливо как для горных, так и для равнинных территорий (рис. 1). Незакономерно только поведение Pb в равнинных условиях, обусловленное развитой сетью дорог в северной зоне края и слабым участием в агрохимических технологиях.

Отметим, что обменные Cu и Pb отличаются пониженным по сравнению с биогенными ландшафтами содержанием только в половине рассматриваемых техногенных ландшафтов (17 из 36), тогда как Zn (20) и особенно Cd (27) – в подавляющем большинстве.

Относясь к наиболее активным водным мигрантам [Перельман, 1975] и элементам сильного биологического захвата, а также избирательно связываясь гидрофильной фракцией ВОВ [Караванова и др., 2006], Zn выносится из почв в результате водной эрозии, инфильтрации в грунтовые воды и некомпенсированного изъятия с урожаем.

а) б)

Рис. 1. Коэффициенты вариации (а) и абсолютное содержание (б) ТМ, извлекаемых ААБ с рН 4,8, в почвах ландшафтов в различных геоморфологических условиях

Его геохимический аналог Cd выделяется способностью активно поступать в растения [Садовникова, Зырин, 1985]. Металл практически не связывается гумусом [Зырин, 1979], и бльшая часть растворимых форм легкодоступна, при этом поглощается корнями пассивно, а также метаболическим путем [Smeyers-Verbeke et al., 1978]. Несмотря на барьерные биогеохимические механизмы, Cd обладает достаточно высокой доступностью для злаковых культур по сравнению с Pb и даже Cu [Мажайский и др., 2003].

Среди сельскохозяйственных ландшафтов наиболее низкие содержания
Cd (0,16 мг/кг), Cu (0,53 мг/кг) и Zn (2,45 мг/кг) в меньшей степени Pb (2,65 мг/кг) в обменной форме отмечаются в почвах богарных пашен. Доля биофильных Cu и Zn в ААБ не превышает в среднем 1-2 % соответственно от общих запасов, в то время как Pb – 6,4 %, Cd – 43,0 %.

Сокращение количества обменных форм является следствием увеличения доли водорастворимых соединений в ацетатных вытяжках из почв. В случае богарных пашен это проявляется наиболее ярко, поскольку для них характерна самая сильная диспропорция обменных и водорастворимых соединений (рис. 2).

Опираясь на распространенное мнение о значительной роли живого вещества и продуктов его метаболизма в трансформации миграционных форм металлов [Елпатьевский, 1993; Мажайский и др., 2003], преобладание водорастворимых соединений в почвах богарных пашен следует связать с усилением окислительной минерализации почвенной органики при увеличении ОВП, которому благоприятствует распашка. В почвах юга России все чаще фиксируют деструкцию и алифатизацию гумуса [Агроэкологический мониторинг…, 1997; Безуглова, 2001; Геннадиев, 1978; Колесников и др., 2000; Минкина, 2008].

Примечательно, что минимальные содержания водорастворимых Cu и Zn свойственны почвам болот (0,25 и 1,77 мг/кг) и рисовников (0,32 и 1,73 мг/кг). В связи с известным изменением режима функционирования последних и особыми физико-химическими свойствами [Вальков и др., 1995], формы нахождения ТМ в почвах рисовых чеков следует изучать более детально.

а) б)

 Содержание Cu (а) и Zn (б) и доля (в %) водорастворимых их соединений в ААБ-вытяжке из-10  Содержание Cu (а) и Zn (б) и доля (в %) водорастворимых их соединений в ААБ-вытяжке из-11

Рис. 2. Содержание Cu (а) и Zn (б) и доля (в %) водорастворимых их соединений в ААБ-вытяжке из почв ландшафтов: II лиственных лесов; III болот;

IV пастбищ; V богарных пашен; VI орошаемых пашен; VII рисовых чеков; VIII виноградников; IX садов; X чайных плантаций

Повышение концентраций ТМ в подвижных формах в почвах сложно однозначно связать с влиянием видов природопользования (растительного покрова), поскольку в зависимости от природных условий размещения ландшафтов они проявляют себя по-разному. Исключение представляет поведение Сu в почвах виноградников, где в любых ландшафтно-геохимических обстановках ее содержания во всех формах нахождения максимальны (в среднем в валовой – до 108,1 мг/кг; в сорбированной – 76,8; в обменной – 6,16; в водорастворимой – 1,13).

Поступление металла в виде растворимого в воде сульфата (медный купорос) при возделывании многолетних культур, и особенно винограда, приводит к его накоплению. Это уменьшает сродство Cu к твердой фазе почв [Панин, Сиромля, 2005; Пампура, 1997; Садовникова, Ладонин, 2000] и увеличивает ее подвижность вследствие сокращения вакантных ионообменных адсорбирующих мест ППК, усиливая конкуренцию с катионами щелочных и щелочноземельных металлов [Горбатов и др., 1988; Зырин, 1985]. Поэтому в садах, с менее интенсивным внесением Cu, в почвах повышены только ее валовые запасы в среднем 106,3 мг/кг (74,4-144,2 мг/кг), а обменные не всегда – 2,2 мг/кг (1,4-4,9 мг/кг). В Ростовской области наблюдалось резкое увеличение количества Cu, извлекаемое ААБ, в почвах и виноградников, и садов до 2,4-12,5 мг/кг [Закруткин, Шишкина, 1997].

В почвах края следует ожидать усиления мобильности Cu, поскольку во всех ландшафтах превышен критический уровень ее общих запасов – 20-30 мг/кг, по достижению которого начинает быстро возрастать количество подвижных форм [Касимов и др., 1995; Alloway, 1990]. Поэтому по тесноте прямой зависимости валовых и обменных форм ТМ образуют ряд, в котором Cu на первом месте:
Cu (r = + 0,59) > Zn (+ 0,19) > Cd (+ 0,12) > Pb (- 0,13).

Изучение дифференциации ТМ в пределах групп ландшафтов, объединенных по особенностям растительного покрова или вида природопользования, показало большую неоднородность содержаний обменных соединений по сравнению с валовыми: в первом случае наибольшие различия достигают 10,5 (Cu)-33,8 (Cd) раз, во втором – только 1,7 (Zn)-2,8 (Cu) раза.

Минимальная разница средних содержаний ТМ свойственна рисовым чекам, где валовые концентрации в почвах различных ландшафтов отличаются в 1,1-1,3 раза, обменные – в 1,2-3,0 и чайным плантациям с различием общих запасов в 1,0-1,1 раза, обменных – в 1,2-1,9. Чай и рис, являясь интродуцированными культурами, нуждаются в «жестких» приемах выращивания – кардинальном преобразовании верхней части почвенного профиля и водообмена, высоких дозах удобрений и ядохимикатов [Дараселия и др., 1989; Малюкова и др., 1999], что приводит к нивелированию природных отличий ландшафтов и агрохимической конвергенции почв. Отметим, что и в пахотном слое, и на глубине значительно повышенными содержаниями подвижных форм ни почвы рисовников [Шеуджен, Алешин, 1996], ни почвы чайных плантаций [Малюкова, Малинина, 2001] не выделяются.

Низкая вариабельность (рис. 3) также характерна для ТМ в ландшафтах болот и смешанных лесов, которые размещены в масштабах края относительно компактно и испытывают влияние преимущественно одного фактора – избытка или дефицита обводнения почв соответственно.

Более сильная дифференциация обменной формы ТМ в остальных ландшафтах, в том числе в наименее преобразованных антропогенной деятельностью пастбищах и даже лиственных лесах связана с не утраченной здесь ролью природных условий (биогенеза) в перераспределении форм нахождения.

 Варьирование содержаний ТМ, извлекаемых ААБ, в ландшафтах с различным-12

Рис. 3. Варьирование содержаний ТМ, извлекаемых ААБ, в ландшафтах с различным растительным покровом (видом природопользования):

I смешанных лесов; II лиственных лесов; III болот; IV пастбищ;

V богарных пашен; VI орошаемых пашен; VII рисовых чеков;

VIII виноградников; IX садов; X чайных плантаций

Как показывают значения rw, полученные в результате дисперсионного анализа, растительный покров и вид природопользования оказывают особенно сильное влияние на поведение Cd, извлекаемого ААБ, определяя уровень его содержания в почвах на 41 %, а остальных ТМ лишь на 15-24 % (при = 0,05). Кадмий выделяется потому, что его потребление различными растениями на одной и той же почве может отличаться более, чем в 100 раз [Chaney, Hornick, 1977].

Главная роль в формировании количества обменных соединений большинства металлов принадлежит минеральному составу почвообразующих пород. Его влияние возрастает в ряду: Cd (rw=23,8 %) < Zn (38,8) < Pb (42,5) < Cu (62,6). При этом в почвах ландшафтов с терригенно-карбонатными отложениями (и близкими к ним по составу аллювиально-морскими) содержание обменных Cu, Pb и Cd повышено, а Zn – понижено (рис. 4), что характерно практически для каждого вида природопользования. Данная тенденция сохраняется и для сорбированных форм.

 Примечание. * Трансаккумулятивные ландшафты; ** транссупераквальные ландшафты -13

Примечание. * Трансаккумулятивные ландшафты; ** транссупераквальные ландшафты

Рис. 4. Содержание ТМ в почвах ландшафтов, сформировавшихся

на различных по составу и возрасту почвообразующих породах

Самые высокие концентрации таких металлов, как Pb и Cd в обменной форме наблюдаются не в техногенных, а в биогенных ландшафтах смешанных лесов – 11,84 мг/кг и 1,56 мг/кг соответственно, произрастающих на карбонатных горных породах мел-палеогена, максимально обогащенных кальцитом.

Известно, что в почвах со щелочной реакцией преципитация ТМ определяется в значительной степени поведением карбонатов, которые присутствуют в виде метастабильных и полиморфных разновидностей, а потому чувствительны к условиям дренажа почв. Под воздействием атмосферных осадков карбонаты металлов легко трансформируются в растворимые гидрокарбонаты при наличии CO2 [Воробьев и др., 2000], особенно в почвах с высокой интенсивностью фильтрации воды [Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989]. Поэтому в результате процессов растворения и десорбции больше подвижных Cu, Pb, Cd образуется в щебнистых почвах именно над терригенно-карбонатными отложениями, которые размещены, главным образом, в районах с сильной водной эрозией [Почвенно-экологический атлас…, 1999; Доклад о состоянии природопользования…, 2008].

В отличие от других рассматриваемых металлов Zn в щелочной среде образует преимущественно малорастворимый цинкат кальция CaZnO2 [Глазовская, 1969; Мокриевич, Шлавицкая, 1972]. То есть происходит его практически необратимое поглощение почвами.

В зависимости от состава отложений значительно колеблется не только абсолютное содержание обменных соединений ТМ, но и доля в общих запасах в почвах (в %): Cu – 0,9 ()-5,3 (); Pb – 3,4()-21,9 (); Cd – 7,8 ()-53,5 (); Zn – 3,2 ()-6,9 (). Максимальная подвижность всех ТМ, кроме Zn, характерна для почв, обогащенных карбонатами. Снижение доли Zn, извлекаемого ААБ, в общих запасах наблюдается даже в почвах виноградников, куда он вносится вместе с Cu. Например, в ландшафтах на карбонатном неогене происходит уменьшение обменных количеств до 1,1 мг/кг при средних 4,1 мг/кг и увеличение общих запасов до 149 мг/кг при средних 123,7 мг/кг. Отмечается [Потатуева
и др., 1985], что внесение металла в составе сульфатов – традиционных источников микроэлементов, недостаточно эффективно для растений особенно на карбонатных почвах и почвах с нейтральной реакцией. Перераспределению по формам нахождения способствует изменение класса водной миграции почв при усилении роли сульфат-иона, поскольку в его присутствии происходит адсорбция Zn оксидами Fe, а также Mn [Shuman, 1986].

Обращает внимание, что подвижность Pb на карбонатных отложениях увеличивается абсолютно во всех ландшафтах. Он обладает высокой адсорбционной способностью, обусловленной склонностью к образованию гидроксо- [Сердюкова, 1984; Brummer, 1986; Micera, 1989; Singh, Sekhon, 1977], а также карбонатных комплексов [Горбатов, 1988], но непрочно и обратимо фиксируется ППК в связи с большими размерами ионного радиуса [Водяницкий, Добровольский, 1998].

Поведение Pb в ландшафтах на карбонатных отложениях, отличающихся только видом природопользования, хорошо демонстрирует, что к увеличению содержания мобильных форм (табл. 2) приводит сельскохозяйственная деятельность, поскольку усиливает мозаичную эрозию почв и повышение их карбонатности. Это касается даже пастбищ, поскольку выпас скота способствует приближению карбонатных включений к поверхности почв [Хорошев, 1994]. Например, доля обменного Pb в общих запасах в ландшафтах горных пастбищ на терригенно-карбонатных отложениях неогена достигает 33,8 %.

Доминирование среди подвижных форм ТМ, связанных с карбонатами (до 55-88 %), выявлено также для почв агроландшафтов Нижнего Дона в результате использования параллельных вытяжек и комбинированной схемы фракционирования [Минкина, 2008].

Таблица 2

Влияние сельскохозяйственной деятельности на содержание Pb в почвах с терригенно-карбонатными почвообразующими отложениями неогена (в мг/кг)

Характеристика ландшафтов Первый год опробования Второй год опробования
Вал 1,0 н. HCl ААБ CaCO3, % рНвод Вал 1,0 н. HCl ААБ CaCO3, % рНвод
Лиственный лес 24,7 21,6 7,5 1,0 7,7 24,2 20,9 8,3 1,1 7,8
Богарная пашня 24,7 22,8 10,7 4,6 8,0 25,7 20,0 10,7 4,3 8,0
Виноградник 20,7 18,6 9,7 2,7 7,9 21,0 17,3 9,1 2,7 7,8


Pages:     | 1 || 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.