Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Кадмий в окружающей среде: биогеохимический и эколого- токсикологический аспект 9
1.1. Кадмий в горных и почвообразующих породах 9
1.2. Кадмий в почвах 11
1.3. Кадмий в растениях 18
1.4. Токсическое действие кадмия на животных и человека 23
1.5. Источники поступления кадмия в биосферу 28
1.5.1. Естественные источники поступления кадмия в биосферу 28
1.5.2. Антропогенные источники поступления кадмия в биосферу 29
1.6. Нормирование кадмия в почвах 33
Глава 2. Методы и объекты исследований 43
2.1. Методика проведения исследований 43
2.2. Биологические особенности культур 45
Глава 3. Основные свойства и буферность по отношению к тяжелым металлам почв агроландшафтов Западного Забайкалья и содержание в них кадмия 48
3.1. Природно-климатические условия почвообразования 48
3.2. Почвенный покров Западного Забайкалья 52
3.3. Морфологическая характеристика и физико-химические свойства основных типов почв Западного Забайкалья 56
3.4. Буферность почв по отношению к тяжелым металлам 66
3.5. Содержание кадмия в почвах 68
3.6. Трансформация подвижности соединений кадмия в почвах 73
Глава 4. Влияние возрастающих доз кадмия на продуктивность и уровень накопления металла растениями 76
4.1. Влияние возрастающих доз кадмия на продуктивность и уровень накопления металла кресс-салатом 76
4.2. Влияние возрастающих доз кадмия на продуктивность и уровень накопления металла петрушкой 89
4.3. Влияние возрастающих доз кадмия на продуктивность и уровень накопления металла овсом 103
Глава 5. Прогнозирование уровня накопления металла растениями и допустимые ориентировочные концентрации кадмия в почвах 116
Выводы 123
Список использованной литературы 125
Приложения 142
- Токсическое действие кадмия на животных и человека
- Биологические особенности культур
- Почвенный покров Западного Забайкалья
- Влияние возрастающих доз кадмия на продуктивность и уровень накопления металла петрушкой
Введение к работе
Актуальность темы. В результате научно-технического прогресса и резкого технологического скачка в прошлом столетии произопши стремительное развитие промышленно-энергетического комплекса, транспорта и коммуникационных систем, активная химизация сельского хозяйства, сопровождающиеся эмиссией в биосферу огромного количества загрязняющих веществ.
Среди химических веществ, загрязняющих окружающую среду, по опасности воздействия на живые организмы и объему выбросов наряду с отходами атомных электростанций и пестицидами особое место занимают тяжелые металлы (ТМ). Кадмий по степени экологического риска, токсичности, подвижности, способности накапливаться в пищевых цепях признан приоритетным ТМ и отнесен к первому классу опасности (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ягодин и др., 1989; Вредные,.., 2005).
В настоящее время зарубежные и отечественные ученые уделяют повышенное внимание проблеме техногенного загрязнения биосферы кадмием, установлению его предельных концентраций в окружающей среде, приемам снижения негативного действия металла на организмы. Однако в России и, особенно, в Забайкалье проведенных исследований явно недостаточно. При этом изучение данного вопроса существенно осложнено гетерогенностью некоторых природных объектов (почв и растений), имеющих значительные качественные различия.
Западное Забайкалье в целом не испытывает ощутимого загрязнения природной среды токсикантом. Однако на локальных участках, приуроченных к объектам теплоэнергетики, промышленного производства, транспорта и коммунальных служб эта проблема стоит достаточно остро. Наряду с этим существуют реальные предпосылки дальнейшего антропогенного загрязнения в зоне промышленных узлов, на сопредельных территориях и сельскохозяйственных землях. Поэтому уже сейчас является актуальной оценка современного состояния экосистем, контроль поступления и миграции
токсичных соединений кадмия, а также прогнозирование последствий загрязнения элементом окружающей среды, разработка экологических и санитарно-гигиенических нормативов и методов снижения токсичности металла в контрастных почвенно-биологических условиях Западного Забайкалья. При этом важно учесть, что почвы региона достаточно разнородны по генезису и физико-химическим свойствам и в целом имеют низкие потенциалы буферности и самоочищения по отношению к ТМ, что обусловлено легким гранулометрическим составом, незначительным содержанием гумуса, малой емкостью поглощения (Убугунов и др., 2002). Поэтому даже при невысоком уровне загрязнения почвенный покров способен относительно быстро утратить свои основные экологические функции и приобрести фитотоксичные свойства. Использование загрязненных почв в сельскохозяйственных целях приведет к снижению урожайности культур и, что более опасно, к избыточному накоплению металлов в товарной продукции. Это, в свою очередь, послужит одной из основных причин увеличения заболеваний среди населения.
Цель исследований - изучить влияние возрастающих доз кадмия на рост, продуктивность и санитарно-гигиеническое качество культурных растений в различных почвенных условиях и провести нормирование содержания металла в основных типах почв Западного Забайкалья при выращивании кресс-салата, петрушки и овса (на зеленую массу).
В соответствии с целью были поставлены следующие задачи исследований:
- изучить физико-химические и агрохимические свойства, буферность по отношению к тяжелым металлам основных типов почв Западного Забайкалья (серой лесной, каштановой, аллювиальной луговой, аллювиальной дерновой почв и борового песка) и определить в них содержание и особенности профильного распределения кадмия;
установить степень влияния возрастающих доз кадмия на динамику высоты и биопродуктивность сельскохозяйственных культур на разных по буферности почвах;
выявить на примере неодинаковых по биологическим особенностям культурах (кресс-салата, петрушки, овса) зависимость между уровнем транслокации кадмия в растение и буферностью почв;
провести нормирование кадмия в основных типах почв региона при выращивании петрушки, кресс-салата и овса.
Научная новизна:
- изучена и проведена сравнительная оценка буферности по отношению
к ТМ различных по генезису и свойствам почв Западного Забайкалья;
- определена видовая толерантность и эффективность барьерных
механизмов растений к избыточным концентрациям кадмия при произрастании
на разных по плодородию и буферности почвах региона;
установлено, что разные по биологическим особенностям культуры обладают неодинаковой степенью накопления элемента в вегетативных частях: - наибольший уровень транслокации металла, как в корневую, так и в надземную части характерен для кресс-салата, наименьший - для петрушки;
оценена степень влияния буферности почв к загрязнению ТМ на накопление токсиканта в растениях;
проведено нормирование содержания кадмия в основных типах почв Западного Забайкалья при выращивании кресс-салата, петрушки, овса;
показана возможность прогнозирования уровня накопления металла в растениях при известных значениях содержания элемента в почве и ее буферности, а также нахождению ориентировочно-допустимых концентраций кадмия в почвах по показателям их буферной способности.
Положения, выносимые на защиту: 1. Динамика роста и продуктивность кресс-салата, петрушки и овса, а также характер накопления ими кадмия при возрастающих уровнях загрязнения
почв данным токсикантом тесно сопряжены с буферными способностями конкретных почв по отношению к ТМ.
При возрастающем загрязнении почв кадмием на всех изученных почвенных типах уровень транслокации элемента кресс-салатом, петрушкой и овсом носит прямо пропорциональный линейный характер.
Необходимость разработки региональных нормативов концентраций кадмия в почвах, основанных на учете буферности конкретных почв, видовой специфики культур, а также назначения производимой продукции (продовольственное, кормовое, техническое и др.).
Теоретическая и практическая значимость. Результаты
исследований послужат теоретической основой для прогнозирования степени накопления кадмия в растения при различных концентрациях элемента в почве с учетом его буферности по отношению к ТМ. Полученный научный и научно-практический материал может быть использован природоохранными и санитарно-гигиеническими службами для- агроэкологической оценки почвенного покрова Западного Забайкалья в отношении загрязнениям кадмием. Выявлена возможность решения важной проблемы выращивания-экологически безопасной овощной и кормовой* продукции на загрязненных .токсикантом территориях. На основе полученных данных возможно нормирование кадмия не только в почвах Западного Забайкалья, но и других, близких по почвенно-климатическим условиям регионах России и странах (Монголии, Китая, Казахстана).
Результаты исследований используются в учебном процессе на агрономическом факультете Бурятской ГЄХА им. В.Р. Филиппова в курсе лекций и лабораторно-практических занятий по дисциплинам «Агрохимия» и «Система удобрений».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждались на конференциях: всероссийских - «Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене: почва — растение - животное - продукт животноводства - человек» (Великий Новгород, 2005), посвященной 100-летию
кафедры почвоведения имени Л.Н. Александровой» (Санкт-Петербург, 2006), «Экология Южной Сибири и сопредельных территорий» (Абакан, 2006), «Биоразнообразие экосистем Внутренней Азии» (Улан-Удэ, 2006), «Достижения и перспективы студенческой науки аграрных вузов Сибирского федерального округа» (Кемерово, 2007).
Всего по теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 1 статья в реферируемом журнале.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 141 листе машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов. Работа проиллюстрирована 28 таблицами и 15 рисунками. Список использованной литературы включает 178 наименований, в том числе 22 иностранных автора.
Личный вклад автора. Выполнение данной работы на каждом этапе (закладка и морфологическое описание почвенных разрезов, проведение модельного эксперимента, отбор почвенных и растительных образцов, их пробоподготовка и химико-аналитические работы) проводились как лично автором, так и при его непосредственном участии.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь, оказанную при проведении исследований, коллективу лаборатории биогеохимии и экспериментальной агрохимии Института общей и экспериментальной биологии СО РАН. Выражает особую признательность научному руководителю проф., д.б.н. Л.Л. Убугунову за оказанное внимание и помощь в ходе экспериментальных работ, советы и критические замечания при подготовке диссертационной работы.
Токсическое действие кадмия на животных и человека
Изучение поведения Cd в почвах и растениях обусловлено потенциальной токсичностью его незначительных в абсолютном выражении концентраций для живых организмов, включая человека (Сидоренко, Ицкова, 1980; Гончарук, Сидоренко, 1984; Телицин, 2005). Ряд исследователей (Садовникова, Зырин, 1985; Ягодин и др., 1989) полагают, что Cd в 2-20 раз токсичнее для биоты, чем другие ТМ.
Впервые высокие концентрации кадмия в почках человека и животных были обнаружены в 1952 году, а в конце 60-х годов было показано, что загрязнение окружающей среды кадмием является причиной эндемического заболевания итаи-итаи в Японии (Авцын и др., 1991). Для рыб смертельна концентрация кадмия 0,32 - 64 мг/л, у некоторых сальмонид симптомы токсичности появляются уже при концентрации кадмия в воде равной 1 мг/л. (Минеев, 1981). Экспериментальные исследования на крысах и мышах показали, что добавление солей кадмия в рацион и питьевую воду вызывает у них задержку роста костей и остеопороз, усиленное выделение кальция с мочой и калом, уменьшение активности щелочной фосфатазы, пороговая концентрация для крыс определена равной 0,5 мг/кг, недействующая - 0,23 мг/кг (Вредные..., 1988). Среди ранних признаков экспериментальной кадмиевой интоксикации указывается на повышение содержания в сыворотке кроликов холестерина и свободных жирных кислот (Yoshikawa, 1973).
Доза кадмия, не вызывающая у человека при приеме внутрь признаков острого отравления, равна примерно 3 мг, а смертельная доза колеблется от 350 до 8900 мг (Вредные..., 2005). В. Эйхлер (1993) утверждает, что принятая внутрь доза 30 - 40 мг уже может оказаться смертельной.
Хроническое действие кадмия на человека приводит к нарушениям почечной функции, легочной недостаточности, остеомаляции, гипертонии, протеунерии, анероксии, нарушению обмена кальция, анемии и потере обоняния, раку дыхательных путей (Авцын и др., 1991; Вредные..., 2005; Jarup et al., 1998). Существуют данные о вероятном его участии в развитии сердечнососудистых заболеваний. Наиболее тяжелой формой хронического отравления кадмием является болезнь итаи-итаи у людей, длительно получавших повышенные его количества с пищей, характеризующаяся деформацией скелета с заметным уменьшением роста, поясничными болями, болезненными явлениями в мышцах ног, утиной походкой. Кроме того, отмечаются частые переломы размягченных костей даже при кашле, нарушения» функции поджелудочной железы, изменения в желудочно-кишечном тракте, гипохромная анемия, дисфункция почек и др.
Кадмий снижает активность пищеварительных ферментов - трипсина и в меньшей степени пепсина. Под его действием изменяется каталазная активность крови и тканей печени, причем малые дозы активируют ее, а большие угнетают. Установлена возможность включения металла в комплекс с ферментами - кадмий-ЩФ, кадмий-карбоксипептидаза, кадмий-щитохромоксидаза. Элемент активирует уреазу, аргиназу, заменяя природный металлокомпонент фермента, влияет на углеводный обмен, вызывая, гипергликемию, угнетает синтез гликогена в печени. Установлено, что он подавляет отдельные звенья иммунной защиты организма, участвует в развитии эссенциальной злокачественной гипертензии и атеросклероза, обладает нейротоксичностью, эмбриотоксичностью. При интоксикации кадмием происходит существенное снижение уровня тестостерона. Полагают, что важнейшим механизмом его токсического действия является блокирование групп SH ферментов (Вредные..., 2005).
Кадмий оказывает выраженное действие на обмен ряда микроэлементов, в первую очередь цинка, меди, железа и селена. Это влияние проявляется на уровне ферментативных процессов, всасывания, отложения и выделения элементов, а также функции целого организма. Кадмиевое отравление в значительной степени зависит от его взаимоотношения с цинком. В связи с близостью строения атомов обоих элементов и сходством образуемых ими тетраэдрических комплексов кадмий способен замещать цинк в хелатах этого металла и превосходит в этом отношении все остальные металлы, в том числе близкие к нему по химическим свойствам ртуть, медь и галлий (Авцын и др., 1991; Вредные..., 2005).
Распределение кадмия в организме животных происходит следующим образом: при фоновых уровнях металла в рационе он встречается во всех органах и тканях бычков, но наибольшие концентрации выявлены в мышечных тканях (Рабинович, 1999). При загрязнении окружающей среды кадмием высокое содержание металла накапливается в печени и почках диких животных (оленя, кабана и зайца-русака). Поэтому их можно использовать в качестве индикатора загрязнения (Kottferova, 2000) и не рекомендуется использовать эти органы в пищу.
Основными депо в организме человека являются печень и почки, в которых находится половина всего поглощенного кадмия. Если накопление данного металла в мозге принять за 1, то в мышцах оно составит 10, в костях 15, в печени 500, в почках 1500. Выделение происходит в основном с мочой. Обнаружен кадмий в поте, слюне, молоке, волосах, ногтях. Трансплацентарное прохождение незначительно. Содержание кадмия в крови новорожденных примерно в 2 раза ниже, чем в материнской крови. Помимо почек, критическим органом для кадмия является печень, где он накапливается и содержится в связанном с белком металлотеонеином виде; в этой форме он поступает в почки. Металлотеонеин, образуя комплекс с кадмием, предотвращает его взаимодействие с печеночной тканью и выполняет, таким образом, защитную функцию (Klaassen, 1999).
Кадмий имеет очень высокий кумулятивный эффект и медленно выводится из организма животных и человека, период полувыделения из организма человека 10 - 30 лет (Казаченко и др., 1987; Вредные..., 2005). Кроме того, кадмий и его соединения обладают канцерогенной активностью и отнесены к группе 1 - безусловные канцерогены для человека (IARC Monographs, 1993).
Таким образом, обмен кадмия характеризуется следующими основными особенностями (Авцын и др., 1991): отсутствием эффективного механизма гомеостатического контроля; длительным удержанием (кумуляцией) в организме с очень долгим периодом полувыведения (в среднем 25 лет); преимущественным накоплением в печени и почках; интенсивным процессом взаимодействием с другими двухвалентными металлами, как в процессе всасывания, так и на тканевом уровне.
Основные пути поступления кадмия в организм — это желудочно-кишечный тракт и органы дыхания (Авцын и др., 1991). Кадмий может попадать из растений в продукты животного происхождения. Так, в молоке коров, кормившихся на загрязненных кадмием пастбищах, найдено 17 — 30 мкг Cd/л по сравнению с 1 - 6 мкг/л в незагрязненном молоке (Минеев, 1981).
Биологические особенности культур
Кресс-салат (Lepidium sativum L.) относится к семейству крестоцветных. Обилие витамина С, каротина, рутина, солей железа, йода, калия, наличие тонизирующих свойств делает это растение не только пищевым, но и лекарственным. Благодаря наличию гликозидов горчичного масла овощная культура имеет особый острый вкус.
Кресс-салат - это однолетнее растение с тонким стержневым корнем и прямостоячим стеблем, высотой 30-60 см. Прикорневые листья, образующие розетку, перисто- и двояко-перисто-рассеченные, лопастно-надрезанные. Стеблевые листья цельные, линейные, острые. Цветки белые собраны в соцветие - удлиненную кисть. Плод - яйцевидный стручок. Семена мелкие, светло-коричневые.
Кресс-салат является одним из наиболее скороспелых зеленных культур. Всходы появляются на 3-4-й день посева. На 14-25-й день после появления всходов вытягивается стебель (фаза хозяйственной спелости). Урожай начинают собирать после развертывания трехдольчатых семядольных листьев. На 25-30-й день растение зацветает, на 65-80-й - наблюдается созревание семян (биологическая спелость).
Кресс-салат отличается холодостойкостью. Молодые растения выдерживают непродолжительные заморозки. К почвенным условиям растения не требовательны, но хороший урожай и продукцию высокого качества кресс-салат дает на плодородных, богатых органическими веществами и достаточно увлажненных почвах. При недостатке влаги в почве у растений очень быстро начинается стеблевание, они не образуют хорошей розетки листьев, снижается урожай и ухудшается качество зелени (Брежнев, 1975; Пантиелев, 1979; Круг, 2000).
Петрушка (Petroselinum Mill.) - двулетнее пряное растение семейства зонтичных. В первый год растения образуют корнеплод с прикорневой розеткой листьев, на второй формируют репродуктивные органы, цветут и плодоносят. Листья и корнеплоды богаты жирными и эфирными маслами, витаминами, особенно аскорбиновой кислотой и каротином, содержит сахара и азотистые вещества. Возделывают три формы петрушки: корневую, листовую кудрявую и листовую обыкновенную.
Петрушка - одно из наиболее холодостойких овощных растений. Семена начинают прорастать при 2-3. Период от посевов до массовых всходов — продолжительный: от 15 - до 25 дней, но при неблагоприятных условиях (сухая холодная почва, сильное переувлажнение) всходы могут появиться через 35-40 дней. Всходы выдерживают заморозки до 9. В первый период после всходов (35-40 дней) рост растений протекает очень медленно. И только когда сформируется корневая система, которая проникает на большую глубину (вторая половина июля), темпы роста ускоряются, а растения приобретают большую устойчивость к временным засухам. Большое количество листьев развивается только при хорошем равномерном увлажнении почвы (Корнеплоды, 1992; Круг, 2000).
Овес (Avena sativa L.) относится к семейству злаковых (или мятликовых). Овес возделывается не только для получения зерна но и на зеленую массу, сенаж, зерносенаж, силос и в смеси с зернобобовыми культурами. Такое многообразное использование овса объясняется высокими кормовыми качествами зерна и вегетативной массы, а также его неприхотливостью к условиям возделывания.
Минимальной температурой для прорастания семян овса считается 1-2 С, при оптимальной 10-12 С, наиболее чувствительны к заморозкам растения во время цветения. Овес по сравнению с другими зерновыми культурами более чувствителен к недостатку влаги. Критическим периодом по отношению к влаге считается, когда растение проходит фазы выхода в трубку - выметывания метелки. Благодаря хорошо развитой корневой системе и ее способности извлекать вещества из труднорастворимых соединений почвы, овес, в отличие от других зерновых, менее требователен к плодородию почвы.
Сорт «Саян», используемый в вегетационно-полевом опыте, выведен в Красноярском НИИСХ СО РАСХН и ВНИИ растениеводства им. Н.И. Вавилова. Разновидность - ауреа. Метелка полусжатая, желтая. Колосковые чешуи длинные, узкие, остистые. Зерно полуудлиненной формы, желтое, крупное, масса 1000 зерен - 34,7-40,5 г, слабоосыпающийся. Соломина средней высоты (90-100 см), устойчивая к полеганию. Сорт среднеранний, вегетационный период - 72-98 дней. Засухоустойчивость средняя. Устойчив к пыльной головне, слабоустойчив к корончатой ржавчине, мучнистой росе. Урожайный. Среди группы среднеранних сортов принят в качестве стандарта. Содержание белка - 12-15 %. Сорт включен в список наиболее ценных по качеству. Районирован во всех зонах Бурятии (Растениеводство, 1997; Растениеводство..., 1999; Балдуев, Кушнарев, 2000).
Почвенный покров Западного Забайкалья
Почвенный покров Западного Забайкалья разнообразен по генезису, строению, свойствам и плодородию, что обусловлено, прежде всего, неоднородностью природных условий. Горный характер рельефа предопределяет сложное распределение природных горизонтальных зон и высотных поясов. Широтная зональность прослеживается, но она существенно осложняется вертикальной поясностью. На данной территории часто контактируют контрастные ландшафты, например сухая степь и тайга с проявлением криогенных процессов (Ногина, 1964; Макеев и др., 1968; Ишигенов, 1972; Корсунов, Цыбжитов, 1989; Цыбжитов, 2000).
Спектр почвенных зон начинается каштановыми и заканчивается горнотаежными почвами. Наряду с выделением в почвенных подзонах подзональных почвенных типов выделяются фациальные подтипы, которые отражают изменения в свойствах почв при продвижении с запада на восток. Таежная и лесостепная зоны Западного Забайкалья находятся в пределах длительномерзлотной восточносибирской фации, сухостепная зона — в глубинно-холодной восточносибирской фации.
Структура почвенного покрова горно-таежной зоны, которая на южных склонах поднимается до уровня 1700 - 2000 м, весьма изменчива и во многом связана с высотой местности, проявлением многолетней мерзлоты. Почвенный , покров тайги Забайкалья включает в себя как неоподзоленные (мерзлотно-таежные и таежные глубокопромерзающие), так и подзолистые почвы:-Преобладающая часть территории занята неоподзоленными почвами. Кроме того, в верхней и средней подзонах тайги распространены горные мерзлотно-таежные глеевые (полугидроморфные), болотно-мерзлотные и перегнойно-глеевые мерзлотные (гидроморфные) почвы.
Лесостепь не образует сплошной зоны и встречается отдельными массивами на высотах 1000-1200 м. Часто она совсем выпадает из ряда вертикальной зональности. Почвенный покров лесостепи различен. Доминируют в зоне серые лесные почвы, которые формируются на подгорных участках котловин и северных склонах сопок, находящихся внутри межгорных понижений или в нижней части облесенных склонов хребтов, обращенных к степным котловинам. В западной части, в лесостепи с березовыми и лиственнично-березовыми лесами, почвенный покров представлен дерново темно-серыми глубокопромерзающими и дерново-серыми глубокопромерзающими почвами, отличающимися от серых лесных почв европейской части России отсутствием оподзоленности, высокой гумусностью и значительной мощностью перегнойного горизонта. На востоке в районах сплошного распространения многолетней мерзлоты постепенно сменяется лесолуговой зоной. В Прибайкалье развиты серые лесные почвы общеизвестного оподзоленного облика.
Сухостепные и степные территории занимают самые низкие позиции и имеют островной характер распространения. Они приурочены к межгорным понижениям и нижним частям южных склонов, обращенных к ним. Верхняя граница распространения каштановых почв достигает 800 м над уровнем моря, а черноземов - 1000 м. Контакт степи с лесом очень резок. На юге региона довольно широко развиты черноземы и каштановые почвы, отличающиеся отсутствием легкорастворимых солей и гипса. Эти почвы по основным чертам строения профиля значительно отличаются от европейских аналогов, что обусловило выделение их фациальных подтипов (мучнисто-карбонатных глубокопромерзающих). В сочетании с каштановыми почвами и черноземами встречаются солончаки и солонцы, которые приурочены к днищам падей и окраинам соленых озер.
Аллювиальные почвы формируются в поймах речных долин и характеризуются чрезвычайной пестротой в генезисе, составе и свойствах составляющих их почвенных типов. В целом, почвенный покров в поймах рек представлен различными комбинациями аллювиальных болотных, луговых и дерновых почв.
Земельный фонд Западного Забайкалья находится в пользовании лесных организаций и государственного земельного запаса. Сельскохозяйственные угодья в силу природно-климатических особенностей занимают не более 9 % от всех земельных ресурсов (Убугунов и др., 2002). Основная их часть сосредоточена в лесостепной, степной и сухостепной зонах.
Согласно задачам настоящих исследований, в качестве объекта исследований нами были выбраны почвы, имеющие различную устойчивость по отношению к ТМ и активно использующиеся в сельскохозяйственном производстве. В связи с этим для проведения нормирования кадмия были взяты следующие типы почв: серые лесные, каштановые мучнисто-карбонатные, аллювиальные луговые, аллювиальные дерновые почвы и боровой песок. Суммарная доля перечисленных типов составила 64 % в структуре почв сельскохозяйственных угодий и 74 % от общего фонда пахотных земель, охватывая, таким образом, большую часть агроландшафтов.
Западного Забайкалья Боровой песок. На территории Бурятии повсеместное развитие получили эоловые пески. Размещение их обусловлено, с одной стороны, сильнопересеченным горным характером рельефа, мощностью четвертичных отложений, фанулометрическим составом подстилающих песков, ветровым режимом; а с другой - характером и интенсивностью хозяйственной деятельности человека. А.Д. Иванов (1968) выделяет следующие районы распространения эоловых песков: пойменные, низких и высоких террас, склонов горных хребтов, горных впадин байкальского типа. Главным образом пески развиваются в степной и лесостепной зонах, на высотах 700 - 1000 м под сухими сосновыми борами.
В (20 - 35) Буровато-желтый с белесым оттенком, увлажненный, уплотненный, бесструктурный, среднепесчаный, от НО не вскипает, встречаются единичные корни. Переход выражен слабо по цвету. ВС (35 - 70) Буро-желтый, увлажненный, уплотненный, бесструктурный, песчаный, не вскипает от НС1, корней и других включений нет. Каштановые почвы, одни из самых распространенных в структуре сельскохозяйственных угодий. Расположены они обычно на южных склонах хребтов, на сухих и теплых участках межгорных котловин, а также на древних террасах рек. Формируются почвы на продуктах выветривания различных пород, гранитов, фельзитов, гранитогнейсов, на рыхлых осадочных отложениях. Для каштановых почв характерен следующий морфологический профиль - А - А]В - (В) - Вк - ВС(к) - С. В почвах выделяется ясно выраженный мучнистый карбонатный горизонт. В связи с зимним растрескиванием почв и последующим заполнением образовавшихся полостей гумусированным материалом образуются неровные языковатые переходы горизонта Аі в нижний (Ногина, 1964; Ишигенов, 1972; Цыбжитов и др., 1999).
Влияние возрастающих доз кадмия на продуктивность и уровень накопления металла петрушкой
Динамика высоты растений. Результаты исследований показали, что реакция петрушки на возрастающие дозы кадмия была неодинаковой: в зависимости от типа почв рост растений либо угнетался, либо, напротив, стимулировался (рис. 4.4, приложение 5).
В начальные периоды роста (первые 15 суток вегетации) высота петрушки варьировала на всех вариантах в незначительном диапазоне: на боровом песке -3,0-4,5 см, на каштановой почве - 4,4-5,0, на серой лесной - 4,2-4,8 см, на аллювиальной дерновой - 4,7-5,0 см и на аллювиальной луговой - 4,0-5,2 см (приложение 5). Влияние возрастающих доз кадмия в начальные периоды роста проявилось слабо. Прежде всего, это касалось каштановой, серой лесной и аллювиальной дерновой почв, на которых практически на всех вариантах разница высоты, обусловленная токсичным действием кадмия, не превысила наименьшей существенной разницы. Статистически достоверные изменения отмечены на контрастных по буферности боровом песке и аллювиальной луговой почве. Причем, если на боровом песке при дозах 16, 32 и 64 мг/кг рост растений снизился и составил соответственно 87, 78 и 67 % от контроля (100%), то на аллювиальной луговой почве внесение кадмия способствовало увеличению высоты на всех вариантах: дозы 1-2 мг/кг стимулировали достоверную прибавку роста до 115-118 % от контроля, дальнейшее повышение концентраций металла до 4-16 мг/кг обусловило прибавку (до 128-130 % от контроля), а затем при 32-64 мг/кг - относительный спад роста (110%).
К концу вегетации растения, выращенные именно на боровом песке, имели весьма угнетенный внешний вид (утончение стебля, уменьшение площади листовой поверхности, бледную окраску), что указывает на высокую требовательность культуры к почвенному плодородию. Высота растений на контроле была относительно одинаковой на всех почвенных типах (19-21 см), кроме борового песка, на котором она оказалась почти вдвое ниже (10 см).
Второе измерение (45 суток вегетации) показало, что тенденции снижения или увеличения высоты растений под воздействием возрастающих доз кадмия усилились и приобрели закономерный характер. В общем представлении это иллюстрировалось следующим образом .
На боровом песке снижение высоты петрушки заметно усилилось с 90 % от контроля при минимальной дозе до 30 % - при максимальной. Совокупность двух факторов - низкого плодородия и высоких концентраций кадмия — позволила установить предел толерантности культуры к элементу. Так, при дозе 32 мг/кг прибавка высоты между 1-ми 2-м измерениями составила только 0,2 см, причем к концу вегетации растения погибли. При дозе 64 мг/кг растения погибли практически сразу после 1-го измерения, поэтому как таковой прибавки высоты не установлено. Следует отметить, что в сравнении с кресс-салатом, для которого летальной на боровом песке оказалась доза 64 мг/кг, петрушка проявила меньшую толерантность и погибла уже при 32 мг/кг (рис. 4.4).
На каштановой почве высота растений снижалась также последовательно в зависимости от возрастающих доз кадмия, но слабее, чем на боровом песке. Разница между контролем и вариантом с максимальной дозой составила 5,4 см, т.е. высота снизилась до 72 % от контроля .
На аллювиальной дерновой почве какого-либо влияния кадмия на высоту петрушки в изученном интервале доз не установлено. Вполне вероятно, что снижение будет происходить при более высоких концентрациях Cd (рис. 4.4).
На аллювиальной луговой почве возрастающие дозы кадмия не угнетали, как предполагалось, а привели к некоторому увеличению роста культуры. Прибавка высоты по отношению к контролю на вариантах с внесением Cd постепенно возрастала со 103 до 119 %. При дозах 1 и 2 мг/кг она не превысила НСР0,055 однако и ее следует все же принимать во внимание, учитывая общую картину увеличения роста петрушки .
Особое внимание следует обратить на чрезвычайно малую биомассу петрушки на боровом песке, которая оказалась ниже, чем на остальных почвах в 9-11 раз, что в очередной раз подчеркивает требовательность культуры к почвенному плодородию. Результаты исследований показали неоднозначную реакцию петрушки при внесении возрастающих доз кадмия на разных по свойствам почвах .
Наибольшее снижение общей биомассы растений в зависимости от доз металла отмечено на боровом песке - самой низкой по буферной способности к загрязнению ТМ почвы. Несмотря на то, что в абсолютных показателях снижение было не так явно выражено, в относительных величинах оно проявилось достаточно значительно. Так, если разница биомассы на контроле и варианте с дозой 16 мг/кг составила 17,0 г/сосуд (19,0 - 2,0 г/сосуд), то на каштановой почве эти различия увеличивались до 41,4 г/сосуд (171,4 - 130,0 г/сосуд). По отношению к контролю биомасса на боровом песке снизилась до И %, а на каштановой почве - только до 76 %. Дозы 32 и 64 мг/кг для петрушки превысили порог толерантности и оказались летальными (рис. 4.5).
Вегетативные части растений неодинаково отреагировали на избыточные количества кадмия в почве (табл. 4.7): как при малых дозах металла, так и при высоких угнетение формирования надземной массы было более заметным, чем корней.
