Введение к работе
Актуальность
Медь и цинк являются важнейшими микроэлементами, которые принимают участие во многих физиологических и биохимических процессах у растений. Однако в связи с нынешним состоянием биосферы, колоссальным поступлением в почву элементов из техногенных источников, цинк и медь в определенных ситуациях рассматриваются и как загрязняющие вещества или тяжелые металлы (ТМ). Избыточное содержание в почве доступных для растений соединений цинка и меди может оказывать фитотоксическое действие, проявляющееся в изменении основных физиологических процессов в растении, в том числе и нарушении механизмов поглощения биофильных элементов. В конечном счете, это приводит к снижению биомассы и качества сельскохозяйственной продукции.
Изучение состава соединений металлов в загрязненных почвах во взаимосвязи с показателями состояния растений лежит в основе прогнозирования и регулирования качества биопродукции, полученной в условиях загрязнения. Внесение различных агрохимических средств может оказывать существенное воздействие и на изменение состояния ТМ в загрязненной почве, и на процессы, регулирующие поступление и накопление в растениях ТМ, а также макро- и микроэлементов. Поскольку на эти процессы влияет множество факторов (уровень и характер загрязнения, свойства почвы и биологическая специфика культуры, дозы и формы применяемых агрохимических средств) данные вопросы до сих пор остаются недостаточно изученными.
Особую актуальность приобретают попытки моделирования загрязнения в системе «почва-растение». Большинство исследователей моделируют одноразовое (залповое) загрязнение почв, внося растворы солей металла, и далее изучают поведение элемента в неравновесной системе его соединений в почве. В этих же условиях оценивается и воздействие загрязнения на растения. Для того чтобы система соединений ТМ в почве пришла в динамически равновесное состояние необходимо время. Это время может занимать от года до 3-х и более лет (Цаплина, 1991; Минкина, 2008 и др.) в зависимости от уровня самого загрязнения, свойств загрязняющего вещества и почвы.
Реальные ситуации с загрязнениями (за исключением залповых аварийных выбросов) формируются длительное время. Даже если загрязняющее вещество поступает в растворимой форме (порционно), то за время формирования загрязнения успевает установиться динамическое равновесие между основными группами прочносвязанных и относительно подвижных соединений металла.
Результаты, полученные при исследовании неравновесных систем соединений ТМ в почвах, далеки от реальных и не могут быть использованы при прогнозировании поведения ТМ в системе «почва-растение».
Цель работы: изучение воздействия моделируемого загрязнения почвы сульфатами меди и цинка на уровне 5 и 25 ПДК на состояние системы «почва-растение» в течение двух и трех лет с момента загрязнения. Задачи исследования:
изучение влияния загрязнения почвы сульфатами меди и цинка на ее агрохимические свойства;
оценка влияния загрязнения почвы сульфатами меди и цинка на биомассу Hordeum vulgarе L. и накопление в ней макро и микроэлементов;
выявление влияния времени на состояние меди и цинка в системе «загрязненная почва - растение»;
сравнительная оценка эффективности действия и последействия некоторых агрохимических средств для снижения негативных последствий загрязнения почвы сульфатами меди и цинка.
Научная новизна
На примере систем «дерново-подзолистая тяжелосуглинистая почва -Hordeum vulgarе L.» и «темно-серая лесная тяжелосуглинистая почва - Hordeum vulgarе L.y> впервые изучено воздействие моделируемого загрязнения почвы сульфатами меди и цинка на уровне 5 и 25 ПДК на показатели состояния почвы и растений в течение двух и трех лет с момента загрязнения.
Выявлен основной тренд трансформации соединений цинка и меди в почве в течение всего времени исследования с момента загрязнения. Установлено уменьшение с течением времени фитотоксичности загрязненной почвы по отношению к растениям Hordeum vulgarе L., которое проявлялось в большей степени, чем уменьшение в почве количества подвижных соединений цинка и меди.
Показаны результаты сравнительной оценки эффективности различных агрохимических средств для ремедиации почв, загрязненных сульфатами цинка и меди. Установлено, что применение оптимально подобранных агрохимических средств при избыточном содержании цинка и меди в почве может приводить не только к снятию фитотоксического эффекта, но и к увеличению биомассы растений даже по сравнению с вариантами внесения этих средств.
Выявлено, что накопление в растениях Hordeum vulgare L. основных макро- и микроэлементов в условиях загрязнения почвы соединениями цинка и меди в зависимости от его уровня может иметь противоположную направленность.
Установлено, что при моделировании загрязнения внесением растворов солей металлов в почву результаты первого года исследований не могут использоваться для прогнозирования реальной ситуации состояния металлов в системе «почва-растение».
Практическая значимость работы
Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования методики проведения опытов с экспериментальным загрязнением почв растворимыми солями ТМ с целью моделирования и прогнозирования реальных ситуаций.
Результаты исследования могут быть использованы при создании системы мероприятий по рекультивации почв, загрязненных отходами предприятий горно-обогатительной промышленности и цветной металлургии.
Апробация работы
Основные положения диссертации докладывались на III Международной научной конференции "Современные проблемы загрязнения почв" (Москва, МГУ, 2010), VII Международной биогеохимической школе «Фундаментальные и инновационные аспекты биогеохимии» (Астрахань, АГТУ, 2011), XV Биогеохимических чтениях памяти В.В.Ковальского (Москва, ГЕОХИ, 2012), на заседаниях кафедры агрохимии и биохимии растений ф-та почвоведения МГУ имени М.В.Ломоносова (2009-2012).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах списка ВАКа РФ.
Объем и структура диссертации
