Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы 5
2 Условия и методы исследования 37
2.1 Климат 37
2.2 Условия почвообразования юга Тюменской области 39
2.3 Методы исследований 44
3 Формы нахождения тяжелых металлов и источники загрязнения ими почв 50
4 Сплошной и локальный мониторинг почв юга Тюменской области по содержанию тяжелых металлов 71
5 Тяжелые металлы в растениеводческой продукции юга Тюменской области 109
Выводы 119
Список литературы 122
Приложения., 133
- Климат
- Условия почвообразования юга Тюменской области
- Методы исследований
- Сплошной и локальный мониторинг почв юга Тюменской области по содержанию тяжелых металлов
Введение к работе
Актуальность исследований. Предприятиями Российской Федерации ежегодно в окружающую среду выбрасывается более 20 тыс. тонн различных загрязнителей. В России, свыше 62 млн. га загрязнено выбросами промышленных предприятий, в результате добычи полезных ископаемых и работы топливно-энергетического комплекса нарушено 1,0 млн. га продуктивных земель. Загрязнение почв за счет выбросов автотранспорта в Германии и США достигает 50%, тогда как в РФ - 15% (Дьякова, 1998, Пасынкова, 1989, Шепелев, 1999).
Проведение комплексной эколого-токсикологической оценки компонентов окружающей среды, таких как почва и растительность, для Тюменской области является актуальным. Ее территория граничит со Свердловской, Курганской и Омской областями, где широко развита промышленность, черная и цветная металлургия, сталелитейное, горнорудное и обогатительное производство. Принимая во внимание розу ветров, часть выбросов подвержено трансграничным переносам с последующим осаждением на территории юга Тюменской области.
Повышение концентрации тяжелых металлов в почве способствуют устойчивому изменению ее свойств, и является контролируемым параметром при мониторинге.
Цель работы. Провести сплошной и локальный мониторинг почвы и растительной продукции по содержанию тяжелых металлов на юге Тюменской области.
Задачи исследования:
Изучить содержание подвижных и валовых форм ТМ по почвенно-географическим зонам и различным типам почв юга Тюменской области. Провести анализ содержания тяжелых металлов в почве в масштабах юга области с составлением картограмм.
Выявить особенности накопления тяжелых металлов в почве при различных условиях техногенного воздействия.
3. Провести санитарно-гигиеническую оценку состояния
растениеводческой продукции по югу Тюменской области и составить картограммы содержания ТМ в зерновой продукции.
Научная новизна. Впервые были составлены картограммы распределения тяжелых металлов в почве и растениях на территории данного региона. Проведена оценка соотношения подвижных и валовых форм тяжелых металлов для почв юга Тюменской области, рассмотрены основные источники их поступления. Установлены корреляционные связи между агрохимическими показателями и содержанием тяжелых металлов в почве, рассмотрены особенности распределения данных химических элементов по профилю.
Практическая значимость. Результаты данной работы могут быть использованы как основа для дальнейшего сплошного и локального мониторинга почв и зерновой продукции по содержанию тяжелых металлов. На основе анализа агрохимического обследования были выявлены геохимические провинции с избытком или дефицитом некоторых химических элементов, что позволит в дальнейшем целенаправленно вести разработку профилактических мероприятий по устранению негативных последствий природного и техногенного воздействия тяжелых металлов на растения, животных и человека.
Положения, выносимые на защиту:
оценка источников поступления тяжелых металлов в почву;
качественная и количественная характеристика распределения валовых и подвижных форм тяжелых металлов в почвах юга Тюменской области;
оценка содержания тяжелых металлов в растениях и их способность к поглощению;
Апробация работы. Главные положения работы доложены на вузовских, городских, региональных, Всероссийских и международных конференциях:
40-ой Международной научной конференции «Агрохимические приемы повышения плодородия почв и продуктивности сельскохозяйственных культур в адаптивно-ландшафтных системах земледелия» (Москва, ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2006);
IV Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Казахстан, Семипалатинск, 2006);
Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы строительства, экологии и энергосбережения в условиях Западной Сибири» (Тюмень, ТюмГАСУ, 2006);
Городская конференция «Окружающая среда» (Комитет по экологии администрации г. Тюмени, 2006).
Личное участие. Материалом для диссертации послужили собственные полевые и лабораторные исследования, а также сбор и обобщение данных химических показателей ФГУ государственных станций агрохимической службы «Тюменская» и «Ишимская».
Публикации. Основные результаты исследований были опубликованы в 12 печатных работах, в том числе 1 статья в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа изложена на 132 странице печатного текста. Работа состоит из введения, обзора литературы, условий и методов исследования, результатов собственных исследований, выводов. Работа иллюстрирована 31 таблицей и 14 рисунками, в приложении 22 таблицы и 1 рисунок. Список литературы включает в себя 106 источника, в том числе 7 работ зарубежных авторов.
Диссертационная работа выполнена на кафедре экологии Тюменского государственного архитектурно-строительного университета и ФГУ Государственной станции агрохимической службы «Тюменская».
Автор сердечно благодарит своего руководителя доктора с.-х. наук, профессора, заведующего кафедрой экологии ТюмГАСУ Скипина Леонида Николаевича за помощь в работе над диссертацией.
Автор выражает огромную признательность директору ФГУ ГСАС «Тюменская» Горину Константину Андреевичу, а также всем сотрудникам станции за предоставленные материалы и оказанную помощь в проведении исследований.
Климат
Существенным (а для ряда элементов - ведущим) фактором, влияющим на содержание и распределение металлов в воде, является антропогенное загрязнение. Важнейшей характеристикой эрозионных, аккумулятивных и антропогенных процессов, происходящих в ландшафте, служит речной сток тяжелых металлов. Состав атмосферных осадков в отношении экотоксикантов - фактор, определяющий направленность функционирования и устойчивости экосистем и отдельных их компонентов. Следует отметить, что в атмосферных осадках преобладают водорастворимые формы тяжелых металлов. Содержание загрязнителей в верхних слоях снежного покрова и льда в несколько раз превышает их количество в нижних слоях. Поступление металлов (в частности цинка и кадмия) в почву с жидкими атмосферными осадками в техногенных районах в 2-6 (кадмия 2,5-5,5) раз выше фоновых и определяется в основном их содержанием в осадках. Поступление тяжелых металлов с техногенной пылью определяется количеством поступающей пыли в ландшафт (Горбылева, 1994). Содержание тяжелых металлов в донных отложениях служит важной характеристикой степени загрязнения природных вод в регионе. Высокое их содержание характерно для донных отложений рек, подверженных промышленному и городскому воздействию (Фокин, 1986; Балюк, 1994; Ермохин, 1998). Наиболее высокие фоновые содержания токсичных элементов установлены в щелочных (рН = 8-9) гидрокарбонатно-натриевых и хлоридно-натриевых водах глубокого заложения, а также в слабокислых (рН = 5,4-6,5) сульфатных водах, образующихся на участках сульфидной минерализации. Илы являются вторичным источником поступления экотоксикантов в воду, особенно при изменении гидродинамического режима водотока (Касатиков, 1992; Красницкий, 2001).
Многочисленные исследования распределения тяжелых металлов в водных экосистемах свидетельствуют об аккумуляции данных элементов в придонных отложениях и биоте, тогда как в самой воде металлы остаются в сравнительно небольших концентрациях (Решецкий, 1994; Элькинд, 1998). Показатели качества природной воды, такие, как присутствие ионов, которые могут связывать металлы, часто играют важную роль в их усвоении. Например, в соленой воде хлорид-ионы связывают ионы свинца и кадмия, делая их менее доступными для живых клеток. К числу других факторов, влияющих на биоактивность, относятся кислотность, количество взвешенного вещества и органического углерода в воде. Серьезную проблему составляет загрязнение почв сточными водами сельскохозяйственного назначения, которое из года в год увеличивается (Горбылева, 1994). Основным фактором, сдерживающим широкое применение осадков сточных вод в качестве удобрения, является повышенное содержание в их составе экотоксикантов. Поэтому необходимо проводить очистку осадков сточных вод, которая способствует уменьшению загрязнения почвенных сред. По мере усиления засушливости климата и возрастания минерализации оросительных вод в них возрастает концентрация тяжелых металлов (Элькинд, 1998). Накопление цинка и кадмия в поверхностных водах суши выше, чем в океане. Оксиды свинца и кадмия устойчивы в воде с нейтральной и близкой к нейтральной реакцией среды, оксид же цинка в таких условиях может растворяться. Для грунтовых вод естественного ландшафта характерно пониженное содержание свинца, меди и цинка (в 4-11 раз) по сравнению с их количеством в поверхностных водах, что свидетельствует о значительной роли почвогрунтов в регуляции их химического состава. Поступление тяжелых металлов в грунтовые воды тесно связано с физико-географическими и геолого-гидрогеологическими факторами; происходит в виде свободных ионов и комплексов с органическими и неорганическими соединениями. В поверхностных водах свинец присутствует в растворенном виде и во взвеси, соотношения которых меняются в широких пределах даже для разных участков одной реки; чаще преобладает взвешенная форма. Благодаря довольно быстрому процессу осаждения взвешенного вещества в поверхностных водоемах значительная часть свинца находится в донных отложениях, вследствие чего по большей части он недоступен для растений и животных. Максимальное количество свинца в осадках содержится зимой, что определяется более высоким уровнем загрязнения воздуха вследствие сжигания топлива (Никанорова, 1993). Кадмий токсичен для большинства форм жизни. Он может поступать в организм непосредственно из воды, из воздуха, а также с пищей. В поверхностных водах кадмий способен образовывать различные растворимые комплексы - карбонаты, сульфаты, хлорид, гидроксиоз, комплексы с синтетическими хелатными агентами. В морской воде среднее содержание кадмия 0,05 мкг/л, в водах Азовского моря концентрация кадмия составляет 0,2 мкг/л, что ниже, чем в Черном (1,5 мкг/л), и близко к Средиземному (0,25 мкг/л). По данным Хасянена А. (1985) в Балтийское море ежегодно поступает 200 т кадмия, в том числе 45 % из воздуха.
Для океанических вод установлено отчетливое увеличение содержаний кадмия в глубинных слоях по сравнению с поверхностными (Виноградов, 1989). Таким образом, в настоящий момент приоритетной задачей перед людьми стоит охрана окружающей среды. Являясь одним из главных природных ресурсов, непременным условием поддержания и развития современной цивилизации, металлы образуют группу наиболее опасных загрязнителей биосферы. Поэтому выяснение закономерностей, определяющих содержание и миграцию тяжелых металлов в биосфере, занимает одно из важнейших мест в комплексе задач по охране природы. Однако информации о тяжелых металлах в Тюменской области собрано очень мало. Одним из важнейших факторов в процессах, как почвообразования, так и сельскохозяйственного освоения территории является климат, особенно с другими меняющимися факторами. Существенные коррективы на направление и интенсивности почвообразовательных процессов вносит цикличность климата, смена сухих и влажных периодов (Ильин, Сысо, 2001). Климат этой местности в летний период формируется в основном под воздействием циклонов, перемещающихся с запада, а также Казахстана и Средней Азии, что обусловливает сравнительно высокие температуры и умеренное количество осадков. Но внедрение арктического воздуха, особенно в начале и конце летнего периода, вызывает похолодание и заморозки. В зимнее время значительное влияние на климат оказывают антициклоны Центральной Азии, что усиливает его континентальность и относительную суровость зимнего периода. Проникновение воздушных масс с юга обусловливает кратковременные оттепели. В общих чертах, климат исследуемого района характеризуется суровой зимой, теплым, но не продолжительным летом, короткими переходными периодами. Продолжительность дня в летние месяцы составляет 15-18 часов, что является благоприятным фактором для развития сельскохозяйственных культур. Лимитирующими факторами, ограничивающими продуктивность земледелия, являются: дефицит влаги в отдельные годы, недостаточная теплообеспеченность во всех зонах юга области, нестабильность эффективного почвенного плодородия, особенно азотного питания (Каретин, 1990).
Среднегодовая температура воздуха составляет +1,3; амплитуда температурных колебаний - от + 40С (в июне) до -50С (в январе). Среднемесячная температура в июне - августе +16,0С - +18,6С. Сумма эффективных температур колеблется в пределах 1500С - 1800С. Господствующие ветра юго-западного направления, среднегодовая скорость ветра составляет 5,3 м/с. Данная территория отличается самым коротким периодом с температурой выше 10С - 120-125 дней (с 9 мая до 12-15 сентября), при этом период без заморозков составляет 85-90 дней. За год выпадает 524 мм осадков, а за период активной вегетации растений их выпадает 250 - 300 мм. Наибольшее количество осадков в июле - августе (77-63 мм), наименьшее в феврале - 23 мм. Снежный покров устанавливается в среднем 10 ноября, почвы промерзают на глубину 103 см. Держится снег до 20 апреля, полное оттаивание почвы наблюдается в середине мая.
Максимальный слой снега наблюдается в феврале - марте и на защищенных от ветра местах составляет 38-44см. Почвы начинают промерзать с 11 ноября. Запасы влаги в метровом слое почвы к моменту сева зерновых культур бывают, как правило, достаточными для получения высоких урожаев - более 170 мм. Гидротермический коэффициент в весенне-летний период составляет 1,4-1,8. Водный режим почв в подзоне южной тайги из промывного переходит в периодически промывной в северной лесостепи и в периодически выпотной в южной лесостепи. Тюменская область, а точнее юг области по климатическим условиям является вполне благоприятной зоной для развития сельскохозяйственного производства, а на его основе и животноводства. Здесь могут вызревать как ранне-, так и среднеспелые сорта зерновых культур. Растения в полной мере обеспечены теплом и влагой (Агроклиматические ресурсы ..., 2004). Из неблагоприятных явлений для всей территории юга области следует отметить возможность заморозков вплоть до конца I декады июня, и осенью, иногда в конце августа, что может нанести вред сельскохозяйственному производству. Периодически существенное влияние на урожай оказывают атмосферные засухи в лесостепи и подтайге, особенно июньские, хотя интенсивные засухи в области сравнительно редки (раз в 10 - 15 лет).
Условия почвообразования юга Тюменской области
На Тюменскую область приходится 60% территории Западной Сибири, что составляет 143,5 млн.га. Протяженность области с севера на юг более 2000 км и с запада на восток около 1400 км. Вся территория юга Тюменской области разделена на почвенно-географические зоны (приложение А): - таежно-лесную - лесостепную. Таежно-лесная зона представлена следующими подзонами: I Южно-таежная (районы Уватский, Тобольский, Вагайский) II Подтаежная (районы Нижнетавдинский, Ярковский, Юргинский, Аромашевский, Сорокинский, Викуловский) Лесостепная зона представлена следующими подзонами: III Северная лесостепная (районы Тюменский, Исетский, Ялуторовский, Заводоуковский, Упоровский, Омутинский, Голышмановский, Ишимский, Абатский) IV Южная лесостепная (районы Армизонский, Бердюжский, Казанский, Сладковский) Территория юга Тюменской области имеет довольно плоский равнинный рельеф, высота которого нигде не превышает 150 м. Это, по большей части, тайга (71,6%) край озер, рек, болот. Гидрографическая сеть развита по всей территории, особенно в подзоне южной тайги, где протекают реки Иртыш, Тавда, Тобол. В подтайге и лесостепи: Тура, Тобол, Ишим, Исеть, Пышма. Сильно дренированы и расчленены приречные территории. Междуречья слабо дренированы (Каретин, 1990). Почвенный покров сформировался под влиянием многочисленных факторов, на рыхлых осадочных отложениях разного генезиса, преимущественно флювиогляциальных, озерно-аллювиальных и древних аллювиальных слоистых. Среди почвообразующих пород доминируют суглинки, поэтому отличается большим разнообразием типов и видов почв, имеющих свои особенности по качеству и уровню естественного плодородия. Для сельскохозяйственного производства таежно-лесная зона не представляет интереса, так как постоянно затопляется и довольно широко распространены солонцовые комплексы. В подзоне южной тайги незаболоченные территории заняты лесами (48,5%). В таежной зоне материнские породы представляют собой четвертичные покровные отложения различного механического состава - от глин и тяжелых суглинков до супесей и песков.
В лесостепной зоне материнские породы по большей части представлены лессовидными суглинками и глинами. Лишь в западной части, особенно в дренированных районах, они сменяются выходами древнеаллювиальных песков. В целом, территория имеет общий региональный уклон в сторону Иртыша. Долины рек Демьянки и Туртаса сильно заболочены. Правый берег Иртыша представлен торфяно-болотными почвами. На левом берегу расположились автоморфные почвы - в подзоне лесостепи серые лесные, преимущественно осолоделые и оподзоленные, выщелоченные черноземы, а также дерново-подзолистые и серые лесные в подзоне подтайги. Наибольшие площади на юге области занимают торфяно-болотные почвы, составляющие 44% земельных угодий, и почвы подзолистого типа (22%). Отсутствуют леса в основном на торфяно-болотных, пойменных, а также засоленных почвах. Сельскохозяйственные угодья на юге области составляют лишь 23% территории. Низкая освоенность характерна для подзоны южной тайги, занимающей более половины сельскохозяйственной зоны области, где под сельхозугодиями занято всего 6,2% территории. Здесь размещено 11% пашни и около 18% кормовых угодий области, причем значительная часть, особенно последних, размещена на поймах, которые часто на длительный период подвергаются затоплению. Из изложенного следует, что эта часть области существенного значения в сельскохозяйственном производстве не имеет. Освоенность остальной части территории значительно выше: в подтайге - около 30%, а в лесостепной зоне - около 53%. Особенностью сельскохозяйственной зоны является тот факт, что здесь нет монолитных массивов однородных почв, все типы и подтипы встречаются эпизодически, большими и малыми контурами. Следует заметить, что зональные почвы в области занимают лишь 25% территории. Остальная площадь занята интразональными почвами. Среди них преобладают болотные верховые и низинные торфяные, расположившиеся в подзоне южной тайги, а на остальной части области - луговые и лугово-болотные. Немного ниже здесь заболоченность, залесенность высокая, кроме самой южной солонцовой лесостепи. Заметную площадь во всех зонах имеют аллювиальные почвы (Каретин, 1990). Основные площади серых лесных почв сосредоточены в лесостепной зоне и подтаежной подзоне. Располагаются на высоких пологоволнистых террасах крупных рек, в долинах малых рек и речек с развитой овражно-балочной сетью.
Из почвообразующих пород преобладают карбонатные покровные и лёссовидные суглинки различного механического состава (от легких до тяжелых) и глины. В сельскохозяйственной зоне Тюменской области встречаются все подтипы: светло-серые лесные - 18%), серые лесные - 42%, темно-серые лесные - 40%. Данный тип почв характеризуется следующими показателями: содержание гумуса в светло-серых лесных - 2-2,5%, серых лесных - 2,5-3,5%, темно-серых лесных - 5-7%; гумусовый горизонт невелик и составляет 17-26 см; емкость поглощения 20-30 мг-экв.; в составе поглощенных оснований лидирует Са, реакция почвенной среды слабокислая; хорошая водопроницаемость. Естественная растительность лесостепной зоны характеризуется чередованием лесных участков с луговыми степями, которые в настоящее время распаханы, по понижениям широко развиты березовые колки, по песчаным террасам встречаются сосновые боры. В области черноземы почти целиком размещены в лесостепной зоне и лишь небольшими пятнами встречаются в подтайге. Они сочетаются с серыми лесными и луговыми почвами. Формировались данные виды почв на многочленных покровных и лёссовидных карбонатных суглинках. Среди черноземов области распространены три подтипа: оподзоленные, выщелоченные и обыкновенные. Наибольшие площади приходятся на выщелоченные. Характерными чертами черноземов выщелоченных данного района является содержание гумуса около 6%, мощность гумусового горизонта 16 см, невысокая емкость поглощения, в составе поглощенных оснований
Методы исследований
Необходимость постоянного наблюдения за состоянием окружающей среды вызвана усилившимся в последние десятилетия воздействием антропогенного фактора, то есть, чтобы своевременно установить негативные тенденции и получить целостное представление о сложившейся экологической ситуации. Используется две формы мониторинга: локальный и сплошной. Локальный мониторинг. Локальный мониторинг земель представляет собой систему наблюдений за состоянием угодий для своевременного выявления изменений плодородия почв, качества и количества производимой сельскохозяйственной продукции, предупреждения и устранения негативных процессов, происходящих в окружающей среде, на небольших участках земель (Методические указания по проведению локального мониторинга на реперных участках (издание 2-е, переработанное и дополненное), Москва, 1996). Основные задачи локального мониторинга: - контроль (наблюдение) за состоянием экосистемы (почва, растение, вода) и оценка изменений во времени и пространстве; - прогноз изменения состояния экосистемы; - составление рекомендаций по внедрению экологически безопасных технологических приемов в земледелии и направленному регулированию основных режимов в почвах, непосредственно определяющих их плодородие, урожайность и качество сельскохозяйственных культур. С 1994г. в сельскохозяйственной зоне Тюменской области начаты работы по агроэкологическому мониторингу.
Сотрудниками станций были заложены 20 реперных участков в зоне обслуживания ФГУ ГСАС "Тюменская" и 12 реперных участков в зоне обслуживания ФГУ ГСАС "Ишимская". Реперные участки располагаются во всех агроклиматических зонах (приложение Б). Реперный участок - это поле (часть поля) или отдельно обрабатываемый участок площадью 10-4 га, типичный для данного региона. Он отражает преобладающий почвенный покров, историю землепользования, интенсивность и характер применения средств химизации, проведение различных мелиоративных мероприятий, с учетом всех природно-климатических и производственно-технологических условий, которые максимально характеризуют данный район. Реперные участки расположены в различных природных зонах и провинциях, на техногенно-загрязненных территориях вблизи крупных промышленных предприятий, транспортных магистралей, городов. При выборе места для закладки реперного участка использовались материалы агрохимического и почвенного обследования предыдущих лет. Учитывался рельеф и геоморфология, агроклиматические условия и увлажненность территории, состав сельскохозяйственных угодий, бонитет почвы, наличие техногенных загрязнителей (их количество и мощность выбросов), роза ветров. Для контроля загрязнения отбор проб почв и растений проводился ежегодно. Почвы отбирали ранней весной до начала полевых работ. Растения - осенью перед уборкой урожая.
\Отбор почвенных проб. Поле, отведенное под реперный участок, разбивали на четыре одинаковых элементарных участка. Элементарный участок - это площадь угодья, характеризуемая одной объединенной пробой. В пределах элементарного участка прокладывали маршрутных ход: по середине участка, вдоль удлиненной стороны. Начинали отбор через 20 м от края участка, это защитная полоса. На каждом элементарном участке отбирали 10-20 точечных проб, которые объединяли в одну смешанную пробу. На пахотных почвах пробы отбирали на глубину пахотного слоя - 0-20 см, на сенокосах и пастбищах - на 0-10 см. Из четырех объединенных проб составляли одну смешанную пробу способом квадратироьания весом не менее 1,5 кг. Образцы отбирались только через 1,5-2 месяца после внесения минеральных или органических удобрений. Контроль за миграцией и трансформацией элементов питания растений и загрязняющих веществ осуществлялся посредством закладки скважин на контрольных точках глубиной до 1 м. Закладку скважин проводили один раз в 5 лет в ранневесенний период, до начала полевых работ. В центре каждого элементарного участка закладывали по одной скважине. В каждой скважине отбирали по 5 индивидуальных проб через каждые 20 см. Индивидуальные пробы из 4-х скважин смешивали по слоям и получали 5 объединенных проб. Отбор проб снега. Отбор проб снега осуществлялся ежегодно в конце зимы, перед началом весеннего снеготаяния, когда влагозапас снега приближается к максимальному. Пробы снега на реперном участке отбирают в местах закладки скважин. Отбор проб снега и анализ снеговой воды проводится согласно методике, разработанной ЦИНАО. Сплошной мониторинг. Сплошной мониторинг земель так же представляет собой систему наблюдений за состоянием угодий для своевременного выявления изменений плодородия почв, но уже на всей площади исследуемой территории. Для оценки почв сельскохозяйственных угодий отбиралась объединенная проба с каждого поля или отдельно обрабатываемого участка. Частота отбора объединенных почвенных проб устанавливалась в зависимости от пестроты почвенного покрова и определялась размером элементарных участков. Площадь элементарного участка 100 га.
Отбор почвенных проб. Отбор проб почвы осуществлялся в начале вегетационного периода, так же как и при локальном мониторинге, с той лишь разницей, что объединенная проба составлялась не менее чем из 30-40 точечных проб. Отбор проб растительной продукции. Образцы растений для сплошного мониторинга отбирались методом пробных площадок. Для получения объединенной пробы растений массой 0,5-1 кг отобрали не менее 8-Ю точечных проб. Точечные пробы отбирали с пробных площадок, закладываемых по маршруту отбора проб почвы, с типичным состоянием растений. В полевых условиях наземную часть растений срезали ножницами на высоте 3-5 см над поверхностью почвы. Разделение срезанных растений на основную и побочную продукцию производили в лаборатории.
Сплошной и локальный мониторинг почв юга Тюменской области по содержанию тяжелых металлов
Анализ полученных данных показал, что естественные и антропогенные процессы в биосфере находятся в сложной взаимосвязи и взаимозависимости. Весьма трудно провести четкую границу между природными и антропогенными факторами изменения экосистем. В современных условиях при изучении процессов происходящих в биосфере возникает проблема нахождения естественных и техногенных уровней содержания изучаемых элементов и их соединений. Решение данной проблемы возможно только на основе проведения длительных систематических наблюдений за состоянием компонентов биосферы, за содержанием в них загрязнителей, то есть на основе проведения экологического мониторинга. Для правильной оценки загрязненности почв необходимо, с одной стороны, иметь точку отсчета - фоновое содержание тяжелых металлов в данном районе, с другой - знать их ПДК. Для оценки агрохимической ситуации касательно обеспеченности почв юга Тюменской области микроэлементами - цинком и медью нами использовались специальные критерии. Для экологической оценки, в связи с отсутствием регионального фона, практический интерес приобретают наиболее часто встречаемые концентрации цинка, меди, кадмия и свинца в почвах области, условно принятые за фон: цинк - 1,39 мг/кг; медь - 0,49 мг/кг; кадмий - 0,06 мг/кг; свинец-1,48 мг/кг.
Сплошной мониторинг почв. По всей территории обследования концентрации тяжелых металлов достаточно небольшие, их содержание на обследованных территориях распределяется неравномерно, так средние показатели составили: Zn=0,62+0,19 мг/кг, при ПДК 23,00 мг/кг; Си=0,27±0,08 мг/кг, при ПДК 3,00 мг/кг; Cd=0,06+0,02 мг/кг, при ОДК 0,50 мг/кг; РЬ= 1,03+0,31 мг/кг, при ПДК 6,00 мг/кг. Некоторые тяжелые металлы влияют друг на друга, то есть присутствие одних тяжелых металлов обуславливает присутствие или наоборот отсутствие других (приложение В). Рассмотрев корреляционную зависимость между цинком и другими исследуемыми металлами (свинцом, медью, кадмием), установлено, что содержание подвижного цинка находится в сильной зависимости с доступными медью и кадмием. Между цинком и кадмием существует прямая корреляция, то есть при повышенном содержании подвижных форм цинка, содержание кадмия также повышенное (г=0,84). Содержание цинка обратно пропорционально содержанию меди, при повышенном содержании цинка количество меди снижается (г =-0,77). Содержание в почве меди тесно связано с подвижностью кадмия (г= -0,79). Между медью и кадмием наблюдается обратная корреляция, при высокой подвижности кадмия, малоподвижна медь. Обнаружена сильная корреляционная связь между содержанием кадмия и всеми изучаемыми металлами. В отношении свинца проявляется обратная связь (г=-0,82), при повышенных содержаниях в почве подвижных форм свинца, наблюдается низкое содержание подвижных форм кадмия.
Степень сопряженности в вариации данных элементов равна 53%. Таким образом, содержание каждого из металлов непосредственно связано с содержанием других элементов, что доказывает полиэлементное воздействие на окружающую среду исследуемых экотоксикантов. Вычисление воспроизводимости анализа показало, что среднее содержание подвижных форм металлов в почве сельскохозяйственной зоны юга Тюменской области укладывается в интервалы: цинк 0,33-1,40 мг/кг; медь 0,11-0,50 мг/кг; кадмий 0,03-0,22 мг/кг; свинец 0,61-1,97 мг/кг. Воспроизводимость вычисляется с учетом числа степеней свободы f=19 и вероятности Р=0,95 или 5%. Возникновение случайной ошибки, в среднем, равно 30%. По представленным данным табл. 15 можно сказать, что исследуемая территория относится к экологически чистой, содержание подвижных форм тяжелых металлов в почвах находится в пределах ПДК и оценивается как «низкое». В целом, на юге области складывается достаточно благоприятная геохимическая обстановка, но из-за постоянного повышения кислотности почв, а также снижения содержания гумуса возможно с годами эта проблема будет усугубляться. Нами были выявлены районы с аномально высоким содержанием экотоксикантов, это характерно для Ялуторовского района. Здесь содержание подвижных форм кадмия составило 0,18+0,05 мг/кг, что в три раза превышает средне-областные показатели (условно принятые за фон). В Нижнетавдинском и Юргинском районах содержание свинца достигало 2,46+0,74 мг/кг и 3,04+0,91 мг/кг соответственно, что выше принятого в области фона. Рисунок 3 - Картограмма содержания подвижных форм цинка в почвах юга Тюменской области, мг/кг Почвы юга Тюменской области повсеместно обеднены подвижными формами цинка (рис. 3), а он, как известно, является одним из 10 важнейших микроэлементов, обеспечивающих жизнедеятельность всех живых организмов на земле. Среднее его содержание в почвах составило 0,62 мг/кг, что ниже нормы, для обеспеченности всех групп растений. Это в значительной мере объясняется слабым переходом его в подвижную форму.
