Введение к работе
Актуальность работы
В конце XX столетия среди областей Верхневолжского региона Ярославская область выделилась резко неблагоприятными тенденциями в экологии и демографии (Лукьяненко В И , 1998, 2002)
Более 3500 предприятий области ежегодно выбрасывали в атмосферу до 470 тысяч тонн вредных веществ Выбросы вредных веществ в атмосферу на 1тыс км2 площади в Ярославской области достигали 8,5 тыс тонн, а на каждого жителя Ярославской области в этот период приходилось до 313 кг вредных веществ
По объему сброса загрязненных сточных вод в поверхностные водоемы (Волга и ее водохранилища) Ярославская область занимала 12 место в России, а в Волжском бассейне 5-6 место с Пермской областью, уступая лишь Москве и Московской области, Самарской области, Республике Татарстан и Нижегородской области
Техногенная деятельность человека приводит к тому, что в пищевых цепях, представляющих собой ряды, в которых каждое предыдущее звено служит источником пищи для последующего, появляются ранее отсутствующие химические элементы или увеличивается их концентрация
Все это вызывает биохимический дисбаланс, проявляющийся в развитии заболеваний, сокращении продолжительности жизни и возникновению процессов изменения наследственных признаков
Увеличение экологической нагрузки на почву и воду в Ярославской области приводит к увеличению содержания в этих объектах свинца, цинка, кадмия, меди, остаточных количеств пестицидов (Кореннова О Н , 2002)
В связи с усилением загрязнения окружающей среды, из-за увеличения техногенной нагрузки на почву особо остро ставится вопрос о санитарной роли сельскохозяйственных растений, способности отдельных их органов, в том числе используемых в качестве источников пищи для человека и животных, накапливать биогенные и небиогенные элементы (Минеев В Г , 1988)
Учитывая важность исследований устойчивости сельскохозяйственных растений, в том числе картофеля, к загрязнению почв тяжелыми металлами, их фиторемидиационной способности, для принятия решений в области сельского хозяйства, промышленности, медицины данная проблема наряду с теоретической имеет важное практическое значение
Цель и задачи исследований Цель настоящей работы заключалась в установлении влияния уровней загрязнения почвы Zn, Pb и Cd на фиторемедиационную способность и продуктивность картофеля при внесении органических и минеральных удобрений
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи
1 Выявить влияние кадмия, свинца и цинка при нормальном, допустимом и критическом содержании их в почве на биометрические и фитометрические параметры развития картофеля
Оценить действие различных уровней загрязнения почвы кадмием, свинцом и цинком на урожайность картофеля
Изучить динамику содержания и накопления биогенных и токсичных элементов растениями картофеля при загрязнении почвы кадмием, свинцом и цинком
Установить долевое участие органов в общем выносе биогенных и токсичных элементов картофелем при повышении концентрации Cd, Pb, Zn в почве и роль корней в формировании механизма устойчивости растений к тяжелым металлам
Изучить качественный состав растений картофеля в условиях применения удобрений и техногенной нагрузки на почву
На основании биологического, хозяйственного и остаточного выносов элементов установить санитарную роль картофеля при выращивании его на загрязненной ТМ почве
Основные положения, выносимые на защиту
Динамика биометрических показателей картофеля, накопления сухой массы, соотношения структурных компонентов в общей биомассе, фитометрических параметров, а также урожайность в значительной степени определялись видом металла и его концентрацией
Во все фазы вегетации содержание ТМ в растениях увеличивалось с ростом их концентрации в почве К периоду уборки в общем выносе ТМ возрастала доля клубней
Защитная функция корней от проникновения ТМ в ботву и клубни в наибольшей степени прослеживается в отношении свинца и кадмия, и в меньшей — цинка
Загрязнение почвы ТМ увеличивает суммарное содержание токсических элементов в растениях Действие удобрений на суммарное содержание элементов по сравнению с эффектом загрязнения несущественно
Вовлечение в биологический круговорот неодинакового количества элементов в зависимости от вариантов опыта может различно сказаться на плодородии почвы
Увеличение количества элементов-загрязнителей в послеуборочных остатках при критическом содержании может привести к биологической аккумуляции их в почве
Сбалансированное питание растений способствует сохранению основных показателей качества клубней при загрязнении почвы ТМ
Научная новизна. Результаты, представленные в диссертации позволяют оценить толерантность картофеля к различным уровням загрязнения почвы кадмием, свинцом и цинком
Впервые изучена динамика поступления и селективность поглощения N, Р, К, Са, Mg, Zn, Си, Mn, Cd, Pb, Ni картофелем и обоснованы количественные показатели его в указанных элементах при нормальном (фоновом), допустимом и критическом содержании Zn, Cd, Pb в почве
Установлена роль различных органов в формировании механизма устойчивости картофеля к тяжелым металлам
Определены морфометрические (высота и масса растений, площадь листовой поверхности), некоторые физиолого-биохимические показатели растений (фотосинтетический потенциал, чистая продуктивность фотосинтеза, продуктивность работы листьев, содержание крахмала и нитратного азота в клубнях) и фиторемедиационная способность картофеля при различном уровне содержания Zn, Pb, Cd в почве
Практическая значимость работы Результаты, представленные в диссертации, могут послужить научной основой для разработки следующих практических рекомендаций
- установленная высокая толерантность картофеля к загрязнению почвы
Zn, Pb и Cd позволяет обосновать возможность его возделывания на
технические цели применительно к условиям критического содержания
изучаемых элементов в почве,
определенные экспериментальным путем величины хозяйственного выноса ТМ могут быть использованы для прогноза отчуждения их из почвы при различной урожайности картофеля,
величины остаточного выноса определяемых элементов следует использовать при оценке экологического воздействия картофеля на почву
Апробация результатов работы.
Результаты работы доложены и обсуждены на межвузовских научно-практических конференциях «Совершенствование технологий возделывания сельскохозяйственных культур» (Ярославская ГСХА 2002, 2003, 2006), на Всероссийской научно-практической конференции «Физиология растений и экология на рубеже веков» (Ярославль, 2003), на научных конференциях РГАЗУ (2004, 2005, 2006)
Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы собственных исследований, выводов и практических предложений, содержит 45 таблиц, 14 рисунков Список литературы включает 257 наименований, из них 40 на иностранных языках Общий объем работы 161 страница В приложениях 18 таблиц, 2 рисунка
