Содержание к диссертации
Введение
1. Тяжёлые металлы в системе почва-удобрение—растение 9
1.1. Тяжёлые металлы в дерново-подзолистых почвах 10
1.2. Тяжебные металлы в пахотных дерново-подзолистых почвах 21
1.2.1. Окультуривание дерново-подзолистых почв и состояние тяжёлых металлов 22
1.2.2. Детоксикация загрязненных тяжёлыми металлами дерново-подзолистых почв 31
1.3. Загрязнение почв и проблема качества продукции 39
2. Объекты, методика проведения исследований 45
2.1. Современное состояние тяжёлых металлов в пахотных почвах Северо-Запада РФ 46
2.2. Почвенно-агрохимическая характеристика объектов исследования 50
2.2.1. Агрогенетическая характеристика объектов исследования 51
2.2.2. Агрохимическая характеристика объектов исследования 63
2.3. Метеоусловия в годы исследований 68
2.4. Методика проведения исследований 72
3. Генезис и окультуривание песчаных дерново-подзолистых почв как факторы формирования состояния тяжёлых металлов 75
3.1. Генетические особенносіи состояния тяжёлых металлов в песчаных почвах 75
3.1.1. Естественное состояние свинца, кадмия и никеля в песчаных почвах 77
3.1.2. Состояние меди в подзолистых и дерново-подзолистых почвах на песчаных отложениях 78
3.1.3. Состояние цинка в подзолистых и дерново-подзолистых почвах на песчаных отложениях 82
3.1.4. Состояние марганца в подзолистых и дерново-подзолистых почвах на песчаных отложениях 84
3.1.5. Состояние железа в подзолистых и дерново-подзолистых почвах на песчаных отложениях 87
3.2. Зависимость состояния тяжёлых металлов песчаных почв от уровня окультуренности 90
3.2.1. Поступление тяжёлых металлов с удобрениями 91
3.2.2. Изменение состояния свинца, кадмия и никеля в песчаных подзолистых и дерново-подзолистых почвах при окультуривании 94
3.2.3. Изменение состояния меди в песчаных подзолистых и дерново-подзолистых почвах при окультуривании.. 97
3.2.4. Изменение состояния цинка в песчаных подзолистых и дерново-подзолистых почвах при окультуривании 99
3.2.5. Изменение сосюяния железа в песчаных подзолистых и дерново-подзолистых почвах при окультуривании.. 101
4. Роль генезиса и окультуренности песчаных дерново-подзолистых почв в трансформации техногенного свинца и кадмия ... 107
4.1. Состояние кадмия в песчаных почвах разноіЧ) генезиса и окультуренности 107
4.2. Состояние свинца в песчаных почвах разного генезиса и окультуренности 112
5. Влияние генезиса и окультуренности песчаных почв на продуктивность звена севооборота в условиях токсикоза 117
5.1. Зависимость роста и развития люпина узколистного и овса от генезиса, окультуренности и загрязнённости песчаной почвы кадмием и свинцом. 117
5.2. Влияние окудьтуренноети обычной и остаючно-карбонашой почв на продуктивность звена севооборота в условиях токсикоза 123
5.3. Зависимость химического состава основной и побочной продукции звена севооборота от окультуренности и загрязнённости кадмием и свинцом ночвы 127
5.3.1. Влияние кадмиевого токсикоза на химический состав продукщш на песчаных ночвах различного генезиса и окул ьтуренности 128
5.3.2. Влияние свинцового токсикоза на химический состав продукции на песчаных почвах различного генезиса и окультурениости 131
Выводы 135
Предложения производству 138
Список литературы 139
Приложения 153
- Детоксикация загрязненных тяжёлыми металлами дерново-подзолистых почв
- Почвенно-агрохимическая характеристика объектов исследования
- Состояние меди в подзолистых и дерново-подзолистых почвах на песчаных отложениях
- Состояние свинца в песчаных почвах разного генезиса и окультуренности
Введение к работе
Современный уровень развития человеческой цивилизации требует использования всё возрастающего количества ресурсов. Однако высокоэффективных и, главное, безопасных для природной среды безотходных технологий пока крайне недостаточно. К примеру, по усреднённым оценкам, только при сжигании углей с золой и отходящими газами в окружающую среду поступает больше, чем добывается из недр: магния - в 1,5 раза, молибдена - в 3 раза, мышьяка - в 7 раз, урана, титана - в 10 раз, алюминия, йода, кобальта -в 15 раз, ртути - в 50 раз, ванадия, стронция, бериллия, циркония - в сотни раз, галлия, германия - в тысячи раз. Следствием техногенеза становится многократное усиление круговорота элементов, в том числе и весьма опасных для биосферы, входящих в группу т.н. тяжёлых металлов.
Поведение последних в системе почва - растение стало объектом пристального внимания учёных в прошедшие 10 — 30 лет. Результаты их исследований указывают на очень высокую степень потенциальной опасности загрязнения почв тяжёлыми металлами, отрицательные последствия которого могут проявляться в течение нескольких столетий. Особенно низкой способностью к их утилизации обладают малобуферные лёгкие дерново-подзолистые почвы (М.М. Овчаренко и др., 1998). Вследствие этого, даже при относительно низком поступлении в них токсикантов могут возникать условия к их повышенному накоплению в сельскохозяйственной продукции. Но, именно такие почвенные разности широко представлены в пахотном фонде Северо-Запада РФ и доминируют в Псковской области (92 % площади пашни) (Э.И. Гагарина, 1995; И.А. Иванов, В.П. Спасов, А.И. Иванов, 1998).
Устойчивое производство сельскохозяйственной продукции на этих почвах практически невозможно без окультуривания, решающее значение в котором имеет применение мелиорантов и удобрений (Ф.И. Левин, 1971; Н.А. Сапожников, М.Ф. Корнилов, 1977; В.К. Пестряков, 1977; Б. А. Никитин, 1986). Однако влияние последних на накопление тяжёлых металлов в почве, их инфильтрацию вглубь почвы и транслокацию в растения оценивается учёными по-разному. Одни указывают на серьёзные отрицательные последствия интенсивной химизации в ряде Западных стран, другие придерживаются мнения полной безопасности обоснованного применения умеренных доз удобрений (ВТ. Минеев, 1988, 1990; А.С. Степановская, 2000; Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская, 2002; И.А. Иванов, В.Ф. Иванова, 1993; А.И. Иванов, 2000).
Минимизация отрицательного влияния тяжёлых металлов техногенного происхождения на почву, растения и, в конечном итоге, человека предполагает детальное знание естественных особенностей их локализации и транслокации, а также способность прогнозировать поведение каждого из них и использовать эффективные приёмы агротехники (Л.К. Садовникова, 1995; Д.С.Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская, 2002). Изучению генетических особенностей естественного состояния тяжёлых металлов в песчаных дерново-подзолистых почвах, влияния на него окультуривания, а так же роли этих факторов в условиях техногенного загрязнения почв свинцом и кадмием и посвящена данная диссертационная работа.
Цель развёрнутого в 2002 году на кафедре агрохимии и почвоведения Великолукской ГСХА исследования состояла в оценке роли генезиса и окультуривания песчаных дерново-подзолистых почв в естественном состоянии ряда тяжёлых металлов и в поведении свинца и кадмия в системе почва -токсикант - растение на фоне техногенного загрязнения. Научная гипотеза состояла в предположении существенной зависимости состояния тяжёлых металлов от происхождения ледниковых материнских пород и уровня окультуривающих мероприятий и кроме того, возможности ограничения подвижности соединений свинца и кадмия за счёт карбонатности и хорошей окуль-туренности песчаной почвы.
В ходе исследования мы решали такие задачи, как: определение естественного состояния тяжёлых металлов в песчаных дерново-подзолистых почвах, сформированных на водно- и озёрно-ледниковых, а также карбонатных и бескарбонатных моренных песках; установление роли окультуривания песчаных почв в условиях различных систем удобрения (преимущественно органо-минеральных) в изменении содержания отдельных соединений тяжёлых металлов в пределах почвенного профиля; выявление зависимости состояния свинца и кадмия техногенного происхождения от карбонатности материнской породы и степени окультуренности песчаной дерново-подзолистой почвы; определение уровня воздействия свинцового и кадмиевого токсикоза почвы на рост, развитие и продуктивность люпина узколистного и овса в различных почвенных условиях; установление влияния карбонатности и окультуренности почвы, загрязнённой в разной степени свинцом и кадмием, на химический состав основной и побочной продукции.
Новизна и научная значимость выполненной работы заключается в том, что в ней представлены результаты первого на Северо-Западе России комплексного исследования состояния тяжёлых металлов в лёгких почвах различного генезиса и степени окультуренности, выявлена роль этих факторов в поведении свинца и кадмия в системе почва - токсикант — растение.
Практическая значимость исследования состоит в разработке рекомендаций по существенному ограничению накопления соединений свинца и кадмия в основной и побочной продукции, производимой на лёгких дерново-подзолистых почвах. Их перспективная реализация в регионе позволит резко снизить поступление токсикантов в товарную сельскохозяйственную продукцию и, как следствие, отрицательные последствия для здоровья людей.
Основные положения работы доложены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГАУ и ВГСХА, а также заседании Учёного совета в ВНИИ люпина в 2002 - 2004 гг.
По материалам исследования опубликовано 8 печатных работ.
Диссертационная работа выполнена на кафедре агрохимии и почвоведения Великолукской ГСХА под руководством доктора сельскохозяйственных наук, профессора А.И. Иванова. Автор выражает благодарность за оказанную помощь при написании диссертации заведующему кафедрой агрохимии и почвоведения, доктору сельскохозяйственных наук, профессору И.А. Иванову, а также кандидату сельскохозяйственных наук, доценту Н.А. Цыгановой, Автор также выражает благодарность директорам центров и станций агрохимической службы Северо-Запада России за помощь в проведении аналитических работ и сборе научного материала.
9 1. ТЯЖЁЛЫЕ МЕТАЛЛЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВА - УДОБРЕНИЕ -
РАСТЕНИЕ
Повышение урожайности всех сельскохозяйственных культур может быть достигнуто на основе рационального использования почвенного покрова. Почвы являются подсистемой биосферы, которая в настоящее время перешла в новую фазу, характеризуемую интенсивным воздействием человека на все экосистемы планеты (В.Г. Минеев, 1988, 1990; Б.А. Ягодин и др., 1996; Д.С. Орлов, Л.К, Садовникова, И.Н. Лозановская, 2002).
В Нечернозёмной зоне почвенный покров почти на 80 % представлен почвами дерново-подзолистого и подзолистого типов. Им генетически свойственны неудовлетворительные агрохимические показатели: высокая кислотность, низкое содержание обменных оснований и гумуса, недостаточная обеспеченность макро- и микроэлементами (В.К. Пестряков, 1977; Э.И. Гагарина и др., 1995; И.А. Иванов, В.П. Спасов, А.И. Иванов, 1998). Многие из последних входят в группу тяжёлых металлов. Несмотря на низкую обеспеченность большинства почв этими элементами (за исключением железа и марганца), разница в их валовом содержании и запасе подвижных соединений даже в естественных условиях может достигать нескольких раз. Причина этого кроется в отличиях гранулометрического, минералогического и химического составов почвообразующих пород (А.И. Перельман, 1975; Э.И. Гагарина и др., 1995; В.А. Кузнецов и др., 2001).
Основным и регулируемым фактором повышения плодородия дерново-подзолистых почв является интенсивное применение средств химизации (Н.С. Авдонин, 1969, 1972; Н.А. Сапожников, М.Ф. Корнилов, 1977; Т.Н. Ку-лаковская, 1978; Б.А. Никитин, 1986; И.А. Иванов, А.И. Иванов, В.Ф. Иванова, 2002). Уровень их воздействия на состояние тяжёлых металлов в дерново-подзолистых почвах определяется запасом токсикантов в удобрениях и характером изменения ряда физико-химических свойств почвы, контролирующих растворимость отдельных соединений (А. Кабата-Пендиас, X. Пен-
10 диас, 1989; В.А. Касатиков, 1990; В.Б. Ильин, 1991; ММ Овчаренко и др., 1998). Такие последствия окультуривания подзолистых почв, как нейтрализация кислотности, обогащение гумусом и улучшение его качества, повышение запаса подвижных соединений фосфора, по мнению многих учёных, являются главным средством ограничения поступления широкой группы тяжёлых металлов в растения в условиях техногенного загрязнения почв (Л.Н. Александрова, 1980; ВТ. Минеев, 1990; И.А. Шильников, 1991; А.И. Обухов, И.А. Плеханова, 1995; Л.А. Лебедева и др., 1998; А.И. Иванов, 2000; А.Н. Небольсин и др., 2000; R. Levi-miazi, Petzuzzell, 1984).
Детоксикация загрязненных тяжёлыми металлами дерново-подзолистых почв
По данным последних докладов по агроэкологической обстановке в сфере сельскохозяйственного производства в РФ около 2 млн. га пахотных почв подвержено химическому токсикозу (прежде всего тяжёлыми металлами). По состоянию на 1998 і. до 15 % почвенных проб, отобранных санитарно-эпидемиологической (не агрохимической) в пределах населённых пунктов службой имели превышение ПДК по тяжёлым металлам, в том числе 14 % -по кадмию и 7 % - по свинцу (О санитарно-эпидемиологической обстановке..., 1999). К настоящему времени стало очевидным, что в глобальном смысле загрязнение пахотных почв тяжёлыми металлами связано с необоснованным применением на удобрение осадков городских сточных вод, медьсодержащих фунгицидов и выпадением с атмосферными осадками промышленных выбросов (Д.С. Орлов и др., 1991 Л.К. Садовникова, 1995; Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская, 2002).
Геохимические обобщения показывают, что очаги загрязнённых почв полностью приурочены к местам техногенных катастроф и промышленно-развитым регионам с формирующимися или уже состоявшимися аномалиями (ИЛ. Вознячук, 2001; В.А. Кузнецов и др., 2001; Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская, 2002). При этом главными источниками свинца, кадмия, никеля, меди и цинка служат, преимущественно, энергетика, транспорт и металлургическая промышленность (СИ. Цыганок, Г.А. Сатаров, 1996).
Исследования, выполненные в ближайшем Подмосковье доказали, что ежегодное поступление солей достигает 409 кг/га (А.Л. Филиппов, А.Л. Орлова, А.П. Смирнов, 2001). При этом приход тяжёлых металлов многократно превосходит их потери. Более того, миграцию цинка, меди, свинца и кадмия за пределы метрового слоя среднесуглинистой почвы обнаружить вообще не удалось. Из этого следует, что уже сейчас и с течением времени в ещё большей степени товарное сельскохозяйственное производство столкнётся с трудностями при производстве отвечающей санитарным требованиям продукции (А.С. Степановская, 2000).
Отрицательное действие химического токсикоза, хотя и зависит от абсолютных параметров загрязнения и свойств почвы, по своему уровню коренных изменений сопоставимо с мелиоративным (Д.С. Орлов и др., 1990). Многочисленными исследованиями показано, что загрязнение почвы тяжёлыми металлами уже на уровнях в 5 - 10 ПДК резко и продолжительно ограничивает деятельность микроорганизмов (Л.А. Лебедева и др., 1998; А.И. Фатеев, В.Л. Самохвалова, 2001). Следствием этого становится ухудшение условий питания растений азотом, а отчасти, и фосфором.
Взаимодействуя с почвенно-поглощающим комплексом, избыток свинца вызывает ощутимое подкисление почвы, возрастающее с увеличением её гумусированности (СЕ. Головатый, Г.В. Слободницкая, 2001). Вступая в химические реакции с фосфатами тяжёлые металлы снижают растворимость последних.
В условиях постоянного техногенного прихода соединений тяжёлых металлов в дерново-подзолистые почвы резко увеличивается (особенно на кислых и лёгких разновидностях) их выщелачивание в грунтовые воды (А.Л. Филиппов, А.Л. Орлова, А.П. Смирнов, 2001). При загрязнении среднесугли-нистой почвы цинком, свинцом и медью на уровне 2 ПДК инфильтрацион-ные потери этих элементов увеличиваются в 3,6, 2,3 и 8,2 раза (В.В, Дыбин, 2002). Ежегодное выщелачивание этих металлов достигает 286, 38 и 130 г/га соответственно. При этом в 1,5 - 2 раза возрастают потери кальция и магния.
И главное, практически любое загрязнение почвы выше её ёмкостных возможностей отзывается соответствующим ростом содержания токсиканта в продукции. Причём, чем кислее и легче почва, тем выше уровень транслокации тяжёлых металлов в растения (М.М. Овчаренко и др., 1997; Ю.А. Пота-туеваи др., 1998).
Первым и очень важным шагом в решении этой по сути глобальной проблемы стало нормирование предельно допустимого содержания токсикантов в почве и продукции.
Как и в большинстве развитых стран, у нас разработаны ПДК для валового содержания тяжёлых металлов, а так же их подвижных соединений в почве, теоретически и практически, не допускающие производства неблагополучной продукции (А.И. Обухов и др., 1987; И.Г. Важенин, 1983; В.Б. Ильин, 1986, 1995; М.М. Овчаренко и др., 1997). И поскольку уровень накопления металлов в растениях зависит не только от их абсолютного содержания в почве, но и её свойств, к настоящему времени нормативы удалось дифференцировать в зависимости от гранулометрического состава и кислотности почвы (М.М. Овчаренко и др., 1997).
Почвенно-агрохимическая характеристика объектов исследования
Условия Псковской области являются типичными для Северо-Западного района России. Основу почвенного покрова области составляют почвы дерново-подзолистого типа, сформированными на различных по механическому и химическому составу моренных, озёрно-ледниковых и флю-виогляциальных отложениях, в преобладающей части сильно выщелоченные. Объектами нашего исследования стали наиболее типичные для почвенного покрова Псковской области дерново-подзолистые почвы, сформированные на бескарбонатных и карбонатных моренных песках, а также озёрно- и водно-ледниковых песчаных отложениях. Агрогенетическая характеристика отражает особенности свойств почвы, которые формируют не только показатели её плодородия, но и особенности поведения тяжёлых металлов. Территории учхоза «Удрайское» и АОЗТ Авангард», где и были заложены почвенные разрезы, расположены на Ловатской низменности и Великолукском поднятии соответственно. Основными почвообразующими породами на них являются: озёрно-ледниковые, моренные и водно-ледниковые отложения разного гранулометрического состава (И.А. Иванов, В.П. Спасов, А.И. Иванов, 1998).
Разрезы для изучения дерново-подзолистых почв, сформированных на озёрно-ледниковых песках, были выполнены в Великолукском районе на территории учхоза «Удрайское». Разрез №1 (Великолукский район, 800 м западнее д. Сопки, слабовсхолмлённая озёрно-ледниковая равнина Тулубьевского увала Ловатской низменности, молодой вторичный лиственный лес с преобладанием березы, осины, местами сосны, в подлеске крушины, в травянистом покрове - ивана-да-марьи). А0 - 0 - 2 см - лесная подстилка, бурого цвета, среднеразложившаяся, уплотнённая, переход резкий, ровный. А] - 2 - 18 см - гумусовый горизонт, желтовато-серый, бесструктурный, рыхлопесчаный, пронизан корнями растений, переход ясный, ровный. АгВ - 18 - 56 см - переходный горизонт, жёлтого цвета с белёсым оттенком, бесструктурный, рыхлопесчаный, крупные древесные корни, узкие полосы ортзандов, переход заметный. В - 56 - 130 см — иллювиальный горизонт, жёлтый, бесструктурный, слабоуплотнённый, рыхлопесчаный, узкие полосы ортзандов, переход постепенный. С-130-150 см- почвообразующая порода; пёстроцветный с преобладанием жёлтых и коричневых тонов, бесструктурный, уплотнённый, рых-лопесчаный. Почва: дерново-слабоподзолистая песчаная на озёрно-ледниковом песке. Разрез №2 (Великолукский район, 720 м западнее д. Сопки, слабовсхолмлённая озёрно-ледниковая равнина Тулубьевского увала Ловатской низменности, поле №3 полевого севооборота. С 1962 года среднегодовое внесение навоза составляет 3 т/га, извести 0,4 т/га, действующего вещества минеральных удобрений 85 кг/га). Апах. - 0 - 20 см - пахотный горизонт, палево-серый, бесструктурный, рыхлый, связнопесчаныи, пронизан корнями растений, переход заметный по цвету. А2В - 20 - 60 см - переходный горизонт, оранжево-жёлтый с белёсыми пятнами, бесструктурный, слабоуплотнённый, рыхлопесчаный, редкие корни, мелкие ортзанды, переход заметный. В - 60 - 125 см - иллювиальный горизонт, жёлтый, бесструктурный, слабоуплотнённый, связнопесчаныи, редкие бурые ортзанды, переход постепенный. С - 125 - 150 см - почвообразующая порода; пёстроцветный с преобладанием жёлтых и коричневых тонов, бесструктурный, слабоуплотнённый, рыхлопесчаный. Почва: дерново-слабоподзолистая песчаная на озёрно-ледниковом песке, слабоокультуренная. Разрез №3 (Великолукский район, 650 м западнее д. Сопки, слабовсхолмлённая озёрно-ледниковая равнина Тулубьевского увала Ловатской низменности, поле №5 полевого севооборота. С 1963 года среднегодовое внесение навоза составляет 13 т/га, извести 0,4 т/га, действующего вещества минеральных удобрений 110 кг/га). Апах. - 0 - 23 см - пахотный горизонт, светло-серый с палевыми пятнами припаханного горизонта А , бесструктурный, рыхлый, связнопесчаный, корни в обилии, ходы землероев, переход языковатый. Ai А2 - 23 - 31 см - переходный горизонт, палевый, в верхней части с серыми затёками гумуса, бесструктурный, рыхлопесчаный, корни растений, переход ясный. А2В - 31 - 68 см - переходный горизонт, белёсый, бесструктурный, слабоуплотнённый, рыхлопесчаный, встречаются редкие корни, ортзанды, переход постепенный, В - 68 - 126 см - иллювиальный горизонт, жёлтый, бесструктурный, слабоуплотнённый, рыхлопесчаный, редкие ортзанды, переход постепенный. С - 126 - 150 см - почвообразующая порода; пёстроцветный с преобладанием жёлтых и коричневых тонов, бесструктурный, уплотнённый, рыхлопесчаный. Почва: дерново-слабоподзолистая песчаная на озёрно-ледниковом песке, среднеокультуренная. Разрез №4 (Великолукский район, 530 м западнее д. Сопки, слабовсхолмлённая озёрно-ледниковая равнина Тулубьевского увала Ловатской низменности, поле №1 прифермского севооборота. С 1961 года среднегодовое внесение торфо-навозных компостов составляет 18 т/га, извести 0,9 т/га, действующего вещества минеральных удобрений 140 кг/га). Апах. - 0 - 24 см - пахотный горизонт, серый, бесструктурный, рыхлый, связнопесчаный, пронизан корнями растений, переход слабозаметный по сложению.
Состояние меди в подзолистых и дерново-подзолистых почвах на песчаных отложениях
Медь - один из биогенных металлов, контролирующих через участие в окислительно-восстановительных ферментах процессы фотосинтеза и дыхания. Состояние меди в изучаемых почвах гораздо более противоречивое, чем описанных выше металлов. Объединяет все почвы лишь относительно низкий уровень обеспеченности этим металлом (табл. 12). При этом наименьший от природы он у дерново- подзолистых почв на кислых алюмосиликатных моренных и озё рно-ледниковых песчаных отложениях (1,4 — 2,1 мг/кг).
Практически втрое более высоким запасом меди обладала дерново-подзолистая почва на карбонатном моренном песке. На наш взгляд, по этой причине здесь не обнаружилось биологического накопления этого физиологически очень важного элемента, несмотря на существенно большую, чем у других почв, обеспеченность гумусом и известную приуроченность меди к нему.
Из-за подавленности подзолообразовательного процесса карбонатами материнской породы не происходило заметного перераспределения меди между горизонтами почвенного профиля. В результате коэффициент иллюви альности (Ки.) и элювиально-аккумулятивные коэффициенты (Кэа.) для отдельных горизонтов оказались близки к единице (0,9 -1,1).
Карбонатность почв и химическое закрепление меди привели к снижению общей растворимости её соединений. Уровень подвижности меди (доля подвижных соединений от валового содержания) по горизонтам составил всего 5 - 10 %, что конечно выше, чем у суглинистых аналогов, однако, в 2 -3 раза ниже, чем у других песчаных разновидностей. Напротив, в процессе почвообразования на очень бедном медью бескарбонатном моренном песке вследствие гумусо-аккумулятивного и подзолистого процессов произошло заметное перераспределение её соединений. В результате деятельности растений коэффициент её биологического накопления достиг 1,7. Коэффициент иллювиальности здесь оказался также весьма значительным (1,5). В конечном итоге у этой почвы были зафиксированы достаточно высокие элювиально-аккумулятивные коэффициенты меди в отдельных горизонтах по отношению к материнской породе (1,7 - 2,5).
Высокая кислотность, особенно переходного элювиального горизонта АгВ, предопределила повышенную растворимость соединений меди в этой почве. В результате на фоне самого низкого валового содержания здесь обнаружилось самое высокое содержание подвижных соединений, а степень подвижности достигла очень значительных величин в 26 - 52 %. Коэффициент биологического накопления подвижных соединений при этом составил 2,0.
Обнаружить биологическое накопление меди в гумусово-элювиальном горизонте подзолистой почвы, развивавшейся на относительно обеспеченном элементом водно-ледниковом песке, было вряд ли возможным (Кб. - 0,6). Это связано с резким доминированием подзолообразования на фоне фуль-ватного типа гумусообразования и вымыванием меди в составе хорошо растворимых фульватов. Подтперждением этого положения является низкий уровень накопления меди в элювиальном горизонте и высокий - в иллювиальном. В последнем он обеспечил самый высокий среди изучаемых почв коэффициент иллювиальности - 4,2.
Степень подвижности меди у подзолистой песчаной почвы, исходно среднеобеспеченной металлом, оказалась средней и варьировала от 10 % в материнской породе до 19 - 21 % в аккумулятивно-элювиальной толще.
Состояние меди в дерново-подзолистой почве на озёрно-ледниковом песке оказалось наиболее противоречивым. Из ранее отмеченных для других почв закономерностей ей оказалось свойственно лишь биологическое накопление в гумусовом горизонте (Кб. - 1,6). При этом элювиально-иллювиального перераспределения меди в профиле почвы практически не происходило. Вероятно, это могло быть связано с переменчивостью окислительно-восстановительного режима, диагносцируемого на фоне довольно близкого к поверхности стояния грунтовых вод по ортзандовому характеру профиля, вызванному изменением их капиллярной каймы.
И всё же, самая главная особенность здесь состояла, в исключительно низкой растворимости меди, содержание подвижных соединений которой оказалось ниже предела обнаружения. Объяснить это, исходя из современных представлений о её поведении в почве, пока крайне затруднительно.
Таким образом, состояние меди в изучаемых песчаных почвах в значительной мере зависело от их генетических особенностей, а именно, исходной обеспеченности материнской породы элементом, её карбонатности и других факторов. Вопреки сложившемуся почти стереотипному представлению при относительно низкой обеспеченности элементом из-за активного участия в образовании растворимых медно-фульватных комплексов он имел высокую подвижность в пределах гумусового горизонта (возрастающую относительно материнской породы) до 19-33 %. И лишь у остаточно-карбонатной почвы этот показатель составил 10%.
Состояние свинца в песчаных почвах разного генезиса и окультуренности
Свинец геохимически распространён шире, чем кадмий, однако, из-за ярко выраженных аккумулятивных свойств и широкого использования в техногенной сфере, занимает второе место (после кадмия) по представленности в структуре загрязнённых почв.Искусственное загрязнение песчаных почв свинцом дозами, превышающими естественное содержание 10 и 50-ти кратно, вело к увеличению хозяйственного выноса токсиканта в 1,9 — 10,0 раз (табл. 22).
И всё же, несмотря на десятикратно большее потребление культурами, чем кадмия, количество использованного за три года свинца исчислялось десятитысячными долями (0,0001 - 0,0002 или 0,01 - 0,02 %) от внесённого. Следовательно, и в случае со свинцом потребление люпином узколистным и овсом этого металла не могло заметно повлиять на состояние металла в почве. Все изменения последнего, очевидно, были связаны с особенностями взаимодействия с почвой.
Загрязнение почвы кадмием в изученных дозах никакого влияния на благоприятное природное состояние свинца в песчаных почвах не оказало.
Весь внесённый свинец осенью 2002 года экстрагировался кислотной вытяжкой. Трёхлетнее наблюдение за его валовым содержанием в пахотном слое не выявило достоверного влияния ни одного из изучаемых факторов. При этом обнаружилась общая для всех почв тенденция к уменьшению валового содержания (на 7-12 %), вероятно, связанная с внутрипочвенной миграцией элемента. Относительное снижение валового запаса оказалось выше при загрязнении почвы на уровне 40 мг/кг и у слабо окультуренных почв составило 18 % за три года; а у хорошо окультуренных — 29 %. Объяснить такие изменения только миграцией свинца довольно сложно, так как она шла медленнее.
Инфильтрация привела к увеличению содержания свинца в подпахотном горизонте, прирост которого достиг 1,2 - 3,5 мг/кг, что составило до 78 % от природного пула. Параметры прироста запаса металла в А2В на обеих почвах не зависели от их окультуренности, а у остаточно-карбонатных - и от уровня загрязнения (увеличение содержания на 2,9 — 3,2 мг/кг). У обычных дерново-подзолистых песчаных почв рост токсикоза с 40 до 200 мг/кг усилил миграцию свинца в 2,8 - 2,9 раза (с 1,2 до 3,3 - 3,5 мг/кг). Подвижность свинца при этом здесь достигала уровня 70 — 80 %, что связано с несколько худшим качественным составом гумуса (больше фульвокислот).
Комплексное улучшение свойств окультуренных почв оказало огромное влияние на состояние подвижных соединений техногенного свинца в песчаных почвах (табл. 23).
Уже к осени 2002 года обнаружилось снижение их содержания в пахотном слое хорошо окультуренных почв в сравнении со слабоокультурен-ными в среднем на 39 % при первом уровне токсикоза и на 33 % - при втором. В результате средний уровень подвижности свинца здесь составил 42 % против 61 % у слабоокудьтуренных почв. Этог показатель существенно повышался с увеличением степени токсикоза с 40 до 200 мг/кг, что, так же как и в случае с кадмием указывает на резкий рост экологической опасности интенсивного техногенного загрязнения почв.
Запас подвижных соединений свинца в пахогном слое довольно быстро сокращался с течением времени и в среднем за три года снизился на 40 %. Ежегодное уменьшение содержания этих форм при первом и втором уровнях токсикоза на слабо- и хорошо окультуренных почвах составило 3,3 и 2,1, 14,3 и 15, 3 мг/кг. Особенно заметно этот процесс шёл на высокогумусированной окультуренной остаточно-карбонатной почве (содержание гумуса 3,1 %). Содержание подвижного свинца к концу опыта в её пахотном слое оказалось в 1,5 раза меньше, чем у хорошо окультуренной почвы из рода обычных дерново-подзолистых. Это вполне согласуется с мнением значительного числа учёных, что в утилизации свинца в почве важную роль играет гумус.
И всё же, несмотря на ощутимое превосходство окультуренных почв в этом процессе над слабоокультуренными, снизить содержание подвижных соединений до безопасного уровня им не удалось, и подвижность свинца сохранилась на угрожающе высоком уровне 23 - 38 % (хотя и вдвое - втрое меньшем, чем изначально).
Таким образом, как и в случае с кадмием хорошая окультуренность почв позволяет снизить подвижность свинца на фоне высокого уровня токсикоза в 1,7 раза в сравнении со слабоокультуренными аналогами. Хотя в отличие от первого важная роль в этом процессе принадлежит гумусу. Карбонатное происхождение почвы, в силу названных ранее причин, не оказало никакого влияния на поведение техногенного свинца в песчаной почве. Его характер в целом был направлен на снижение валового содержания ежегодно в среднем на 5,2 мг/кг и запаса подвижных соединений токсиканта на 9,4 мг/кг.
