Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1 Современное состояние вопроса 12
1.1 Геохимия ландшафтов 12-18
1.2 Тяжелые металлы, распространение в ландшафте и почве 18-23
1.3 Источники загрязнения ландшафтов, оценка токсичности тяжелых металлов 23-28
1.4. Химическая и токсикологическая характеристика тяжелых металлов (Pb, Cd, Си, Zn) 29-37
1.5 Влияние содержания ТМ в почве на химический состав растений 37-39
1.6 Борьба с загрязнением почв тяжелыми металлами 39-40
Раздел 2 Методика, условия и объекты проведения исследования 42
2.1 Цели и задачи исследования 42
2.2 Почвенно - климатические условия 42-43
2.2.1 Климат 43-44
2.2.2 Почвенный покров 44-46
2.3 Объекты исследования 46
2.4 Методика проведения исследований 46-54
Раздел 3 Результаты исследований 55
3.1. Закономерности распространения тяжелых металлов на территории Краснодарского края по результатам регионального мониторинга 55-61
3.2 Исследование содержания ТМ в почвах полигонов 61-69
3.3. Влияние содержания тяжелых металлов в почвах отдельных степных агроландшафтов на содержание их в растениях озимой пшеницы 69-70
3.3 1. Валовое содержание тяжелых металлов 70-76
3.3.2 Содержание подвижных форм ТМ 76-83
3.3.3 Продуктивность озимой пшеницы и содержание токсичных тяжелых металлов в растениях 83-86
3.3.4 Содержание токсичных тяжелых металлов в растениях озимой пшеницы 86-88
3.3.5 Содержание тяжелых металлов в зерне озимой пшеницы 89-92
3.3.6 Вынос токсичных тяжелых металлов из почвы растениями озимой пшеницы 92-98
3.4 Оценка накопления тяжелых металлов различными видами сельскохозяйственных культур 98-101
Раздел 4 Предложения по снижению отрицательного влияния загрязнения земель в сельскохозяйственном производстве края 101-106
Выводы 107-109
Литература 110-123
- Источники загрязнения ландшафтов, оценка токсичности тяжелых металлов
- Влияние содержания тяжелых металлов в почвах отдельных степных агроландшафтов на содержание их в растениях озимой пшеницы
- Продуктивность озимой пшеницы и содержание токсичных тяжелых металлов в растениях
- Вынос токсичных тяжелых металлов из почвы растениями озимой пшеницы
Введение к работе
Проблема загрязнения земель к концу 20-го столетия во всем мире стала настолько актуальной, что для ее решения выделяются громадные финансовые средства, издаются законодательные акты, регламентирующие нормы хозяйственной деятельности, поведения людей в определенных условиях окружающей среды и направленных как на предупреждение возникновения очагов загрязнения химическими элементами и веществами, так и на ликвидацию или нейтрализацию образовавшихся площадей загрязнения и их источников.
Проблема химического загрязнения природной среды носит глобальный характер, а ее актуальность постоянно возрастает. Известно пагубное влияние промышленных выбросов в Европе на растительный и животный мир. В Швеции и Норвегии выпадают дожди, содержащие серную кислоту, образующуюся в результате взаимодействия выбросов промышленных предприятий Германии и Франции с атмосферной влагой. Глобальное распространение получило загрязнение земель выхлопными газами автотранспорта (6).
Интенсификация и химизация сельскохозяйственного производства привела к тому, что эта отрасль экономики стала одним из крупнейших источников загрязнения почв, вод и атмосферы (101). Здесь следует выделить два вида загрязнения:
-загрязнение органическими ядохимикатами и продуктами их разложения в почве,
-загрязнение тяжелыми токсичными металлами и радиоактивными элементами.
К тяжелым металлам (ТМ), по мнению Ю.В. Алексеева (6) следует относить металлы с относительной атомной массой более 40.
В проекте Закона Российской Федерации «Об охране почв» дается следующее определение термина «загрязнение почв» - это «процессы поступления в почвы и накопления в них вредных веществ и продуктов их разложения, а также оседающей пыли выбросов в атмосферу, не содержащей вредных веществ, но ухудшающей свойства и состояние почв; приводят к деградации почв, могут оказывать или оказывают вредные воздействия почв на жизнь, здоровье и благополучие населения, окружающую среду и природные ресурсы».
В данной работе рассматриваются проблемы химического загрязнения почв, обусловленные техногенными факторами. Учитывая аграрную специализацию Краснодарского края, основное внимание уделяется загрязнению почв в агроландшафтах.
Почва в отношение аэрогенного потока техногенных веществ является мощным фильтром, очищающим биосферу, геохимическим барьером, как правило, прочно фиксирующим загрязнители в результате процессов трансформации их соединений и существенно ослабляющим поступление их через корневую систему в надземную растительную массу и миграцию в грунтовые воды. В то же время в почве происходит дифференциация форм загрязнителей и перераспределение их с внутрипочвенным и поверхностным стоком с образованием в подчиненных ландшафтах вторичных техногенных аномалий (68).
Краснодарский край относится к регионам интенсивного сельскохозяйственного производства, где применение средств химизации было и есть относительно высоким. Поэтому опасность загрязнения тяжелыми металлами пахотных земель здесь и в настоящее время и в будущем вполне реальна.
Возрастающие антропогенные нагрузки на окружающую природную среду, определяют охрану земель Российской Федерации и организацию их рационального использования, как одну из главных стратегических целей государства.
Интенсивная обработка почвы, отчуждение питательных веществ с урожаями, загрязнение средствами химизации и отходами животноводства, негативные последствия орошения и осушения, дегумификация и эрозия почв - важнейшие факторы, непосредственно влияющие на состояние земель. В сочетании с воздействием промышленности и транспорта на биосферу и ее компоненты перечисленные факторы приводят к разрушению природных ландшафтов, замене устойчивых экосистем на агроэкосистемы, а также к изменению функционирования сохранившихся экосистем.
Воздействие сельскохозяйственного производства на биосферу привело к тому, что ухудшение экологической обстановки крайне отрицательно сказывается на состояние самого производства. Снижается продуктивность угодий, ухудшается качество производимой сельскохозяйственной продукции.
Всё это определяет необходимость организации систематических комплексных наблюдений за состоянием окружающей среды, её главного компонента - земли.
Вопросы комплексного изучения земель требуют единого государственного подхода, который должен осуществляться на основе систематических, всесторонних наблюдений - мониторинга земель.
Для того, чтобы не допустить дальнейшего быстрого ухудшения состояния земель в условиях быстро изменяющейся социально-экономической ситуации, на территории края срочно требуется развёртывание системы наблюдений и контроля за земельными ресурсами, которая позволила бы оперативно фиксировать различные изменения, прогнозировать и предупреждать негативные последствия.
В Российской Федерации в целом, и в Краснодарском крае, в частности, проблеме загрязнения почв до 80-х годов прошлого столетия уделялось незначительное внимание. Занимались ее изучением лишь специализированные академические и некоторые прикладные научно-исследовательские институты. Не уделялось этой проблеме внимания и со стороны законодательной власти государства. Это объяснялось идеологической установкой о преимуществах социалистического сельского хозяйства. Лишь с организацией в конце 80-х начале 90-х годов государственных органов по охране окружающей среды и регулированию земельных отношений, в лице Госкомприроды РФ и Госкомзема РФ, загрязнению земель со стороны государства стало уделяться должное внимание.
Однако следует отметить, что многочисленные научные исследования по вопросам загрязнения почв, проведенные в эти годы, в большинстве своем имеют познавательное, научное значение, а законодательные акты федеральных и краевых органов власти носят декларативный характер.
Практических рекомендаций для сокращения объемов загрязнения почв, реабилитации загрязненных площадей, а также нормативно-правовых актов с конкретными мерами ответственности по указанной проблеме явно недостаточно. Те же из них, которые приняты, не реализуются из-за сложной экономической ситуации в стране.
В стране и крае оказывается недостаточно внимания к этой важной проблеме для жизнедеятельности населения и организации сельскохозяйственного производства, которое в абсолютном большинстве хозяйств края ведется по старым схемам и системам земледелия без природоохранных мероприятий, адекватных экологическим условиям.
В Краснодарском крае значительные открытые исследования по проблеме накопления в почве ТМ начались в 90-е годы прошлого века. До этого периода исследования носили, в основном, закрытый характер и были направлены на изучение аварийных ситуаций или проблем, связанных с безопасностью страны.
Существенный вклад в изучение проблемы ТМ внесли ученые Всероссийского института биологической защиты растений (ВНИИБЗР), бывший Всесоюзный НИИ фитопаталогии, ученые Кубанского государственного аграрного университета и Кубанского государственного университета. Широкие исследования накопления ТМ в почвах садоводческих и виноградных ландшафтов проведены в 90-е годы в Северо-Кавказском НИИ садоводства и виноградарства. Исследования природных и техногенных аномалий содержания тяжелых металлов (ТМ) и фтора выполнены ПО «Кубаньгеология» и научно-производственным геологическим центром «Геоэкология Кубани». Ими составлена карта загрязнения химическими элементами территории Краснодарского края. Исследование и картирование на территории края геохимических природных и техногенных ландшафтов выполнено учеными и сотрудниками НИИ геохимии биосферы Ростовского университета. Изучение загрязнения отдельных элементов агроландшафтов проводилось сотрудниками института «КубаньНИИгипрозем», научно-исследовательского общества «Гея-НИИ», проектно-изыскательского центра агрохимической службы «Краснодарский», Всероссийского научно-исследовательского института риса, Всероссийского научно-исследовательского института табака и махорки. С начала 21-го века крупномасштабные исследования данной проблемы в агроландшафтах развернуты в институте Прикладной экологии при Кубанском государственном аграрном университете.
В соответствии с постановлением Правительства РФ от 15.07.1992 №491 «О мониторинге земель» в Краснодарском крае была сформирована концепция почвенно-экологического мониторинга, разработана краевая программа данного мониторинга, определены организации-исполнители работ. Разработал указанную программу и выступил ее государственным заказчиком комитет по земельным ресурсам и землеустройству Краснодарского края. Автор, как главный специалист данного учреждения, непосредственно был разработчиком программы мониторинга и организовывал её осуществление в крае через научно-исследовательские и проектно-изыскательские организации. А также лично осуществлял анализ и обобщение данных мониторинга. Кроме того, автор лично в рамках программы мониторинга осуществлял экспедиционные изучения и стационарные исследования на специальных локальных полигонах мониторинга.
По результатам мониторинга ежегодно администрации края представлялся доклад о состоянии земельных ресурсов. В Кубанском государственном аграрном университете выпущено два издания результатов мониторинга для широкого ознакомления с ними специалистов и экологической общественности (Агроэкологический мониторинг в земледелии Краснодарского края, 2000, 2002).
Источники загрязнения ландшафтов, оценка токсичности тяжелых металлов
Тяжелые металлы, по мнению Ю.В. Алексеева (6), и В.В. Добровольского (42) - автора работ, установившего эоловое происхождение геохимических особенностей рыхлых отложений в различных регионах, в основном, поступают в почву за счет аэральной миграции. Наибольшее загрязнение атмосферы вызывают мощные тепловые электростанции. По данным М. А. Глазовской (32) ежегодно при сжигании угля выделяется ртути в 8700 раз, урана - в 60 раз, кадмия - в 40 раз больше, чем может быть безопасно включено в биологический цикл.
Согласно исследований А.А. Беуса за последние 10 лет (семидесятые годы прошлого столетия) только в результате потерь руд цветных металлов до их металлургической переработки на каждый квадратный километр суши поступило, в среднем, 20 кг свинца и по 80 кг меди и цинка (16).
Значительный вклад в загрязнение почвы вносит автотранспорт. Исследования, проведенные в Латвии в 80-х годах показали, что загрязнение снега было обнаружено на расстоянии до 30 метров от дороги, а в отдельных местах и до 50 м. Масса легкорастворимых загрязнителей колебалась от 4 до 40 г/кв.метр в месяц. По массе поступления ТМ при данном виде загрязнения образуют следующий ряд: Си, Pb, Со, Fe, Zn. (15). К аналогичным заключениям приходит Бутковский P.O. (18).
Сельскохозяйственное производство также находится в ряду основных источников поступления ТМ в окружающую среду. До недавнего времени в сельском хозяйстве широко применялись ядохимикаты, содержащие ртуть, медь, цинк. Это гранозан, применявшийся для протравливания семян, а также меркурбензол и меркургексан. Медь содержится в таких фунгицидах как медный купорос, купрозан, хлорокись меди, трихлорфенолят меди. Цинк содержат - поликарбоцин, цинеб, цирам, фосфид цинка. В настоящее время их применение значительно снизилось, но продолжает иметь место.
К важному источнику ТМ относятся агроруды. Наиболее существенными являются фосфорные руды (апатиты) и произведенный из них суперфосфат. По данным Н. Schroder, G. Balassa (138) американский простой суперфосфат содержит кадмий. G.Caro (139) перечисляет следующие ТМ, содержащиеся в суперфосфате: Cd (50-170 мг/кг), Сг (66-243 мг/кг), Со (0-90 мг/кг), Си (4-79 мг/кг), РЬ (7-92 мг/кг), Ni (7-32 мг/кг), W (70-180 мг/кг), Zn (50-1430 мг/кг). В аппатитах Кольского полуострова содержится 0,4-0,6 мг/кг кадмия, а в полученном из них суперфосфате - 0,2 - 0,7 мг/кг ( 138).
Токсичные тяжелые металлы могут попадать в почву с мелиорантами, особенно если они являются отходами производства. Среди таких отходов следует выделить фосфогипс, в значительных количествах применяемый для мелиорации солонцовых почв. В этом мелиоранте содержатся различные ТМ, в том числе марганец, стронций, редкоземельные элементы. Содержание стронция в фосфогипсе может достигать 3% (6). При применении томасшлаков почва насыщается хромом, содержание которого в данном мелиоранте может доходить до 5000 мг/кг (6). Наряду с загрязнением больших площадей сельскохозяйственных угодий образуются локальные загрязнения высокой концентрации. Это территории вокруг химических складов, сельскохозяйственных аэродромов, ремонтных баз и хозяйственных дворов.
Тяжелые металлы, попадая в растения, включаются в различные биохимические процессы, происходящие в них. В ультра малых количествах многие из них играют позитивную роль. При более высокой концентрации, напротив, они эти процессы нарушают, выступая в роли протоплазматических ядов. Очень фитотоксичными считаются те ТМ, которые оказывают вредное действие на тест - организмы при концентрации в растворе до I мг/л. Это Ag, Be, Hg, Sn и, вероятно, Со, Ni, Pb, Сг в виде Cr04.
Умеренно токсичными принято считать те из ТМ, которые начинают оказывать токсичное воздействие при концентрации 1-100 мг/л, это: арсена-ты, бораты, броматы, хлораты, перманганаты, молибдаты, антимонаты, се-ленаты, а также ионы As, Se, Al, Ва, Cd, Cr, Fe, Mn, Zn. Слаботоксичными считаются ТМ, токсичность которых проявляется при концентрации 1800 мг/л: CI, Br, J, Са, Mg, К, Na, Rb, Со, Sz, Li (6).
Тяжелые металлы ингибируют активность ферментов (Си, Hg), изменяют проницаемость клеточных мембран (Fu, Cd, Си, Fe+2 ). Некоторые ТМ конкурируют с другими и нарушают их функции в растениях: Li конкурирует с Na , Cs замещает К, Ва и Sz замещают Са, Cd замещает Zn. Так, стронций замещая кальций в костях скелета животных и человека, делает их хрупкими, литий замещая натрий в протоплазме, меняет ее осмотические свойства.
Чаще всего ТМ попадают в растения из почвы. Поэтому изучение процессов накопления и миграции ТМ в почве имеет важное значение. Как отмечалось выше, основными источниками поступления ТМ являются атмосферные выбросы ТМ промышленными предприятиями, а также минеральные удобрения и различные ядохимикаты.
В почве ТМ могут фиксироваться следующим образом: химическое связывание в нерастворимые соединения (карбонаты, фосфаты и др.); сорбция минералами - цеолитами; сорбция органическим веществом почвы; образование комплексных органических соединений- хелатов.
Колесников СИ. с соавторами (70) провели широкое сравнительное исследование черноземов северо-приазовского (Ростовсая область) и пред-кавказского (Краснодарский края). Ими определено распространение ТТМ по профилю пахотной почвы, а также их влияние на почвенную биоту и микрофлору. При этом установлено, что в карбонатных черноземах максимум ТТМ находится в пахотном слое. С глубиной их количество убывает. Особенно это относится к Cd, Hg, Pb. Содержание меди по профилю оказалось более равномерным. На глубине 75-135см ее содержание было лишь на 13% меньше, чем в слое 0-22 см. Исследования Н.Ф. Коробского, Л.Л. Кныр и Г.М. Лесовой по распределению ТМ по профилю обыкновенного чернозема показали, что накопление их происходит в пахотном слое и в два и более раз снижается в горизонтах АВ и ВС (2).
Влияние содержания тяжелых металлов в почвах отдельных степных агроландшафтов на содержание их в растениях озимой пшеницы
Почвы третьего полигона перегнойно-карбонатные выщелоченные близки по генезису к почвам первого полигона. Эти почвы, если сравнивать почву из леса на первом полигоне, близки по общему содержанию свинца и меди. Рассматривая распределение ТМ в почве по элементам рельефа, можно отметить нарастание содержания свинца вниз по склону. Содержание меди в середине склона снизилось, а в нижней части - увеличилось. То же самое можно сказать по цинку и кадмию. Намечается элювиальная, транзитная и аккумулятивная зоны. Аналогичная тенденция заметна и на втором полигоне. По-видимому, дефицит осадков здесь не позволил сформироваться такому же профилю, как на третьем полигоне.
Таким образом, исследования на полигонах подтвердили факт техногенного накопления токсичных тяжелых металлов в почвах агроугодий. Наиболее существенное накопление меди и некоторое - цинка наблюдается в почве виноградников. В слабощелочных, нейтральных и слабокислых почвах, преобладающих в крае, существенной миграции ТМ за пределы агроугодий не отмечено.
При маршрутных исследованиях были отобраны образцы в различных хозяйствах по намеченному маршруту (рис.5, табл.6) Образцы почвы в большинстве точек отобраны на посевах озимой пшеницы. Маршрут проходил из Краснодара через Тимашевск - Каневскую - Ленинградскую-Павловскую - Кропоткин - Тбилисскую - Усть-Лабинск - Краснодар. Точки отбора повторяли некоторые точки при полевых изысканиях для целей картирования. При данном маршрутном обследовании тщательно определялись места отбора проб почвы с учетом результатов сплошной съемки, а также данных почвенной съемки, выделяя выборку для обыкновенных (карбонатных) черноземов и существенно от них отличающихся по химизму, выщелоченных черноземов. Все точки отбора заложены вне аномалий. В таблице 6 дана сводка точек отбора образцов почвы при маршрутном обследовании. Отбор проводился на посевах озимой пшеницы.
Свинец. Проведенные анализы показали, что черноземы обыкновенные содержат в среднем 30,2 мг/кг валового свинца с интервалом колебаний от 27,0 до 33,3 (табл.7). Это в 3 раза выше его кларка, но значительно ниже ориентировочно допустимой концентрации (ОДК), что позволяет отнести эти почвы к категории незагрязненных. Содержание валового свинца в черноземах выщелоченных несколько ниже и в среднем составляет 25,9 мг на 1 кг почвы, что на 4,3 мг меньше, чем у чернозема обыкновенного (табл. 8). Колебания этого показателя по площадкам наблюдения достигали 8,1 мг/кг при нижнем пределе в 22,5 и верхнем 30,6 мг. Среднее содержание свинца в этой почве выше кларка в 2,5 раза, но в соответствии с ОДК она также отно сится к категории незагрязненных. Если принять в качестве критерия ранее действующую величину ПДК - 20 мг/кг над фоном, то почвы большинства участков наблюдения относятся к категории «низкий уровень загрязненности».
Значительно выше содержание свинца в старых садах (совх. Солнечный г. Краснодар), в почвах рисовников (учхоз «Кубань» г. Краснодар). Повышение содержания Рв в таких агроугодьях объясняется привносом антропогенного характера.
Кадмий. Валовое содержание этого элемента в черноземе обыкновенном в среднем составляет 1,98 мг на 1 кг почвы. Максимальная величина этого показателя достигает 2,27, а минимальная - 1,46 мг/кг. Размах колебания составляет лишь 0,81 мг/кг, т.е. почва по содержанию кадмия довольно однородна.
В черноземах выщелоченных среднее содержание кадмия составляет несколько меньшую величину - 1,74 мг/кг. Размах колебаний содержания кадмия в черноземах выщелоченных несколько выше, чем в черноземах обыкновенных и составляет 0,97 мг/кг.
Полученные величины содержания кадмия в обеих почвах в 3 раза выше кларка, но менее ранее используемых ГТДК (3 мг/кг). Введенное с 1995г. новое ОДК для данного элемента имеет более жесткую регламентацию — 2 мг/кг (89). Принимая во внимание новые требования следует отметить, что в зоне черноземов обыкновенных 11 образцов из 15 имели незначительное превышение этого порога, но таким образом, попадали в категорию уже «среднезагрязненных почв». В зоне черноземов выщелоченных таких образцов было 4.
Медь. Валовое содержание меди в черноземах обыкновенных в среднем составляет 28,2 мг/кг почвы. При этом интервал колебаний его изменяется от 23,8 до 34,5 мг/кг. В черноземах выщелоченных изменение содержания варьирует от 17,3 до 73,0 мг/кг, среднее содержание этого элемента составляет 28,73 мг/кг, что на 0,5 мг выше, чем в черноземах обыкновенных. По размаху колебаний данные черноземы достаточно близки.
Следует отметить, что содержание меди в обеих почвах Краснодарского края выше кларка, но значительно меньше ПДК и ОДК для данного элемента, т.е. исследуемые почвы по этому показателю относятся к категории «незагрязненных».
Цинк. В черноземах обыкновенных содержание этого элемента составляет 76,0 мг/кг почвы. Размах колебаний не высок, достигая 10,8 мг или 15%. Сравнение с кларком показывает, что эти почвы данным элементом обеспечены достаточно хорошо. Среднее содержание валового цинка в черноземах выщелоченных близко к содержанию в черноземах обыкновенных и составляет 72,2 мг/кг. Размах колебаний содержания этого элемента в данной почве составляет от 58,5 до 78,3 мг/кг, т.е. 20 мг/кг. При таком уровне содержания, эта величина невелика, что говорит о довольно высокой однородности изучаемых почв по этому показателю. Ранее применявшаяся для цинка величина ПДК, равная 50 мг Zn на 1 кг почвы, позволяла относить рассматриваемые почвы к слабозагрязненным. Новые значения ОДК, равные 220 м/кг, позволяют считать их незагрязненными.
Таким образом, по величине общего содержания в почве, в среднем, изучаемые ТМ можно расположить в следующий ряд: Zn Си Pb Cd. Этот ряд характерен для обоих почв, хотя в обыкновенном черноземе свинца, в среднем, несколько больше чем меди, а в выщелоченном- наоборот. Однако эта разница незначительна. Полученные при маршрутном обследовании данные содержания ТМ в почвах можно представить как статистическую выборку из генеральной совокупности, в качестве которой выступает массив данных, полученных при сплошной съемке.
Продуктивность озимой пшеницы и содержание токсичных тяжелых металлов в растениях
Из результатов, приведенных в табл.11, видно, что в черноземах обыкновенных средняя доля подвижных форм ТМ в валовых запасах его колеблется в зависимости от элемента в следующих пределах: свинец -11,8%, кадмий - 6,4%, медь - 1,5%, цинк - 4,1%. Таким образом, можно считать, что наибольшая доля подвижных форм в этой почве присуща свинцу, а наименьшая - меди. В черноземах выщелоченных этот показатель, не смотря на нейтральную или слабокислую реакцию почвенной среды, довольно близок к показателям степени подвижности для чернозема обыкновенного и составляет: для свинца - 12,0, кадмия - 8,6, меди - 1Д, цинка - 3,4. Это подтверждает ранее сделанный вывод об общих чертах проявления подвижности ТМ в обеих изучаемых почвах. Климатические условия 2001 года - года проведения исследования, были достаточно благоприятны для озимой пшеницы и способствовали ее высокой урожайности (табл.13). Из данных, приведенных в табл. 13, видно, что средняя урожайность озимой пшеницы в обследуемых хозяйствах северной зоны составила 44,7 ц /га, что несколько выше по сравнению с предыдущими годами. Колебания по площадкам наблюдения на обыкновенных черноземах достигали 5,3 ц/га, от 42,1 до 47,4; на типичных и выщелоченных - в среднем, составила 47,3 ц/га с пределами колебаний от 44,3 до 49,8 ц/га (табл.13). Общий уровень урожайности 2001 года позволяет считать его достаточно типичным для изучаемых зон. Это же можно говорить и о структуре урожая, в частности, о соотношении вегетативной массы и зерна. Этот показатель, в зависимости от зоны, колебался в 2001 году от 1,28 до 1,4. существенна. В более ксерофитных условиях обыкновенных черноземов урожайность озимой пшеницы достоверно ниже (табл.13). Исследование взаимосвязи урожайности озимой пшеницы с содержанием ТМ в почве показало следующее. В агроландшафтах с обыкновенными черноземами обнаруживается слабая отрицательная связь урожайности с валовым содержанием свинца (г = - 0.33), кадмия (г- - 0.55), меди (г = -0.34). Корреляции урожайности с валовым содержанием цинка практически не обнаруживается (г = -0.12), В агроландшафтах с выщелоченными черноземами связи урожайности с общим содержанием в почве свинца не обнаружено (г= -0.О6); с кадмием, медью и цинком обнаружена слабая отрицательная корреляция - корреляционные коэффициенты, соответственно, равны: -0,52; -0,61; -0,50. Зависимость урожайности от содержания в почве подвижных соединений ТМ характеризуется следующим образом.
В зоне обыкновенных черноземов установлена некоторая положительная зависимость урожайности от содержания подвижного цинка (г = - 0.33). Зависимость урожайности от содержания подвижного свинца, кадмия и меди, практически отсутствует. На выщелоченном черноземе связь урожайности с подвижными формами ТМ не обнаружена. Полученные данные совпадают с выводами Глуховского А.Б., который считает, что токсичность ТМ в отношении озимой пшеницы проявляется при значительном превышении средних величин (6 кларков). В этом случае продуктивность озимой пшеницы снижается на 19%, а озимого ячменя на 32-43%. Таким образом, в среднем, влияние содержания ТМ в почве на урожайность озимой пшеницы в агроландшафтах Кубано-Приазовской равнины незначительно или оно не наблюдается как по валовым, так и по подвижным формам. Это можно объяснить, прежде всего, тем, что в большинстве исследуемых точек содержание ТМ не превышает допустимых преде лов. Кроме того, это содержание значительно варьирует, что снижает достоверность статистических оценок. Как уже отмечалось выше, надземная масса растений озимой пшеницы была разделена на вегетативную (листья, стебель, полова) и зерно.
Средние пробы после измельчения на мельнице шли на комплексное озоление (предварительное сухое озоление в муфельной печи при 550С с дальнейшим растворением в серной кислоте). Результаты определения содержания ТМ в вегетативной массе и зерне представлены в табл. 14,15. Из данных табл. 14 видно, что содержание свинца в вегетативной массе озимой пшеницы, произраставшей в зоне черноземов обыкновенных, колебалось от 1 до 2 мг/кг материала, а среднее значение его составило 1,6 мг/кг. Для других элементов этой группы средняя концентрация составляла: кадмий - 0,32, медь - 1,87, цинк - 5,70. Сравнивая эти величины, можно данные элементы выстроить в следующий ряд по содержанию в вегетативной массе: Mn Zn Cu Co В стеблях растений озимой пшеницы, выросшей на черноземах выщелоченных, содержание ТМ довольно близкое как по средней величине, так и по размаху колебаний. Элементы по снижению концентрации их выстраиваются в аналогичный ряд. Статическая оценка показала, что разница по содержанию ТМ в вегетативной массе пшеницы на двух почвах оказалась достоверной по свинцу и по цинку. В пшенице выращенной на обыкновенном черноземе с более высоким валовым содержанием свинца и его подвижных форм, содержание свинца в вегетативной массе выше. То же относится и к цинку. На выщелоченных черноземах содержание цинка в вегетативной массе выше, хотя его подвижных форм в данной почве меньше.
Вынос токсичных тяжелых металлов из почвы растениями озимой пшеницы
Статистическая оценка связи содержания ТМ в зерне озимой пшеницы от его содержания в почве по корреляционному коэффициенту показала следующее (табл.16, 17). Обнаруживается слабая обратная зависимость содержания свинца и кадмия от их валового содержания в обыкновенном черноземе: коэффициент корреляции соответственно - 0,42 и - 0,52. Для меди связь практически отсутствует (г=0,28), а для цинка связь слабая положительная (г =0,47). В выщелоченном черноземе эта связь практически отсутствует.
Связь между содержанием ТМ в зерне и содержанием подвижных их форм в почве также практически отсутствует.
Таким образом, содержание ТМ в растении озимой пшеницы, выращенной на черноземах колеблется в значительных пределах. Причем в отдельных точках это значение превышает ПДК. Однако, в среднем, зависимость содержания ТМ в растении от их содержания в почве или слабая или отсутствует. По видимому, имеются и другие источники загрязнения растений ТМ, такие как попадание их на растения с дождем или пылью.
Вынос тяжелых металлов с урожаем с/х культур играет значительную как агрохимическую, так и экологическую роль в различных балансовых расчетах. В связи с этим, нами определены значения этого показателя по такой основной культуре в севооборотах, как озимая пшеница при выращивании ее на черноземах обыкновенных и выщелоченных (табл.18,19), Результаты показывают, что вынос с урожаем свинца в среднем составляет 12,1 г/га с колебаниями от 8,1 до 15,4. Колебания обусловлены различным содержанием элемента в почве, его доступностью растениям, величиной урожая и другими факторами. Влияние перечисленных факторов на вынос свинца озимой пшеницей распространяется и на другие тяжелые металлы. Так, вынос кадмия колеблется от 1,6 до 3,3 г/га при средней величине 2,5, а меди - от 28,6 до 63,2 при среднем значении 40,6 мг. Вынос свинца в обеих почвах одинаков, вынос кадмия, меди и цинка существенно выше на выщелоченных черноземах в связи с более высоким урожаем. Величины выносов ТМ по нисходящей выстраиваются в такой ряд:
Знание содержания ТМ в почве и выноса их с урожаем позволяет определить коэффициент ежегодного использования ТМ почвы по следующей формуле:
Из приведенных в табл.20 данных видно, что ежегодное усвоение тяжелых металлов озимой пшеницей составляет сотые доли процента, т.е. очень незначительное. На основании этого можно сделать вывод, что замет ного уменьшения содержания ТМ в почвах от выноса их с урожаем этой культуры наблюдаться не будет. Это положение необходимо учитывать при ежегодном мониторинге загрязнения сельскохозяйственных угодий ТМ.
