Ляшенко Г.М. Загрязнение почв и растений свинцом в придорожных агроценозах чернозема обыкновенного приазовской зоны ростовской области

Подождите немного. Документ загружается.

Рис. 10. Тенденция содержания подвижных форм свинца в почве от

удаленности от автомагистрали при мощности грузопотока 4,0 тыс. авт./сут.

Таким образом, при мощности грузопотока более 6 тыс. авт./сут.

наибольшей концентрацией валовых форм свинца в почве характеризуется 50

м полоса почвы вдоль автострады, с удалением от автомагистрали от 150 до

300 м содержание валового Pb находится на уровне фонового, а от 50 до 100

м обнаружено валовое количество свинца превышающее существующую

ПДК. При мощности грузопотока около 4,0 тыс. авт./сут. содержание

валового количества свинца превышает существующие ПДК на расстоянии

до 40 м от автомагистрали, с удалением на 100-300 м содержание Pb

находится на уровне фонового количества.

Количество подвижных форм Pb превышающее ПДК при мощности

грузопотока более 6 тыс. авт./сут. оседает на расстоянии до 40 м от дороги, с

удалением на расстояние от 40 до 150 м от автомагистрали происходит

существенное снижение количества подвижных форм свинца. При мощности

грузопотока около 4,0 тыс. авт./сут. содержание подвижных форм Pb в почве

выше установленных нормативов на расстоянии до 20 м от автомагистрали,

с увеличением расстояния от 20 до 300 м содержание подвижных форм

свинца соответствует уровню ПДК.

Зависимость содержания валовых и подвижных форм свинца от

удаленности автомагистрали при различной мощности грузопотока не имеет

прямой корреляционной зависимости.

По результатам опытов были определены уравнения регрессии,

описывающие зависимость содержания в почве валовых и подвижных форм

свинца от удаленности автомагистрали при различной мощности

грузопотока:

более 6 тыс. авт./сут.

1. y = 43,349е

-0,0024х

– содержание валовых форм Pb

2. y = 7,0221е

0,0019х

- содержание подвижных форм Pb

4,0 тыс. авт./сут.

3. y = 36,268е

0,0019х

- содержание валовых форм Pb

4. y = 6,1186e

-0,0019х

– содержание подвижных форм Pb

Высокий уровень статистической достоверности коэффициентов

аппроксимации по уравнениям регрессии, свидетельствует о достаточно

высокой степени адекватности полученных уравнений. Дифференцирование

уравнений регрессии позволяет достаточно точно определять содержание

подвижных и валовых форм свинца в почве в определенной точке без

проведения дополнительных химических анализов.

3.2. Накопления свинца в агроценозах в зависимости от

удаленности автомагистралей

Содержание свинца в почвах Ростовской области варьирует в широких

пределах 8-84 мг/кг почвы, в среднем на большей площади составляют 30 мг/

кг. Наименьшая концентрация элемента свойственна почвам легкого

гранулометрического состава удаленным от явных источников загрязнения.

Максимальные количества свинца приурочены к зонам действия

самого мощного загрязнителя этим элементом – автотранспорта. Для

чернозема обыкновенного карбонатного (североприазовского) содержание

свинца колеблется 8-78 мг/кг, среднее содержание составляет 21 мг/кг.

Между тем отмечается, что свинец является наиболее широко

распространенным контаминантом на территории Ростовской области

(Соборникова И.Г., 1990).

Содержание ТМ в почве зависит, прежде всего, от

гранулометрического и минералогического составов минерального субстрата

и от степени гумусированности последнего.

В почвах с разными свойствами содержание ТМ различное.

Распределение элементов - токсикантов в профиле почв зависит от

направления и интенсивности почвообразовательного процесса. В

высокогумусированных почвах черноземного типа, например, где

подвижность органического вещества невысокая и господствует

непромывной водный режим, обычно наблюдается биогенная аккумуляция

тяжелых металлов.

В почве ТМ присутствуют в двух фазах – твердой и жидкой

(почвенном растворе). В твердой фазе они находятся в обменном и

фиксированном состоянии: входят в состав тонкодисперсных минеральных

частиц и гумусового вещества, поглощаются гелями полуторных окислов,

являются составной частью нерастворимых солей. В почвенном растворе ТМ

присутствуют, по-видимому, в форме растворимых минеральных и органо-

минеральных солей. Их источник – твердая фаза почвы и разлагающийся

растительный опад.

Форма существования металлов, попавших в почвенный раствор,

зависит, прежде всего, от его химического состава (главным образом

анионной части и растворимого органического вещества) и реакции среды. В

почвах с нейтральной реакцией среды, например черноземах, в составе

легкорастворимых минеральных солей преобладают бикарбонат и сульфат

кальция (Афанасьева, 1966). Наличие в почвенном растворе значительного

количества кальция при гуматном типе органического вещества приводит к

резкому сокращению доли растворимой фракции гумуса. Поэтому Pb, Zn, Hg,

Co, попадая в почвенный раствор, взаимодействуют в основном с

минеральной частью, образуя нерастворимые и слаборастворимые карбонаты

и сульфаты.

Б.К. Блинов и Г.К. Вертинская (1978) установили, что передвижение

свинца в глубь почвы осуществляется в виде хелата.

Мобильность ТМ и, следовательно, токсичность их для растений в

условиях загрязнения зависят от многих компонентов и свойств почвы,

обуславливающих ее буферность, или, что будет удобнее в данном

контексте, ее защитные возможности.

Культурные растения по сравнению с дикорастущими, как правило,

способны накапливать меньшее количество ТМ, но в то же время обладают

меньшей устойчивостью к этим элементам. Накопление в культурных

растениях токсикантов опасно для здоровья людей, поскольку при этом

допускается проникновение загрязнителей в пищевые цепи.

Многочисленными полевыми и вегетационными опытами установлена

различная способность сельскохозяйственных культур к накоплению ТМ и

устойчивость к ним (Большаков В.А., 1993).

На полях подверженных техногенному загрязнению были выбраны

культуры, наиболее часто высеваемые вдоль автомагистралей - яровой

ячмень и озимая пшеница.

Валовые формы свинца в почве дают представление об общей

загрязненности территории, а подвижные - о доступности свинца

растениям. Содержание валовых и подвижных форм свинца в почве при

различной мощности грузопотока представлено в таблице 5.

Таблица 5 - Содержание валовых и подвижных форм свинца в

почве при различной мощности грузопотока, мг/кг

Культура

Валовой свинец,

мг/кг почвы

Подвижные формы

свинца, мг/кг почвы

Удаленность, м

5-10 150 5-10 150

Мощность грузопотока 4,0 тыс. авт./сут.

Яровой ячмень 37,6 23,3 6,7 4,1

Озимая пшеница 38,6 24,2 7,2 4,6

Контроль (> 3000 м)

Яровой ячмень 23 3,7

Озимая пшеница

23,5

4,0

Мощность грузопотока более 6,0 тыс. авт./сут.

Яровой ячмень 48,1 24,0 8,0 4,5

Озимая пшеница 49,3 24,9 8,1 4,8

Контроль (> 3000 м)

Яровой ячмень 23,0 3,5

Озимая пшеница 22,7 3,3

Исследовав, отобранные почвенные образцы на наличие свинцового

загрязнения обнаружено, максимальное его накопление при удалении 5 м

от автомагистрали, независимо от мощности грузопотока, выше

установленных ПДК для валового (30 мг/кг) и подвижных (6,0 мг/кг)

форм свинца в почве. С увеличением расстояния от источника

загрязнения содержание валовых и подвижных форм свинца

уменьшается. Почвы вблизи автомагистрали (5-10 м) с различной

мощностью грузопотока по содержанию валовых и подвижных форм

свинца в почве имели существенные отличия. Так, по яровому ячменю

при мощности грузопотока более 6,0 тыс. авт./сут. увеличение

содержания в почве валового Pb составило 27,9% по сравнению с 4,0

тыс. авт./сут., по озимой пшенице - 27,7%; по подвижным формам 19,4

и 12,5% соответственно.

При удалении на 150 м от автомагистрали различия в накоплении

свинца несущественны – 3,0 и 2,9% по валовому содержанию свинца и

9,8 и 4,3% по содержанию подвижных форм свинца в почве.

По сравнению с контрольным вариантом валовое содержание в почве

свинца по ячменю и озимой пшенице при грузопотоке 4,0 тыс. авт./сут. и

удаленности от автомагистрали 5-10 м было выше на 63,5 и 70,0%, по

содержанию подвижных форм превышение составило в 1,9 и 2,2 раза,

соответственно. При грузопотоке более 6,0 тыс. авт./сут. эта зависимость

составила 2,1 и 2,2 раза по валовому содержанию свинца, 2,3 и 2,5 раза по

подвижным формам.

С увеличением мощности грузопотока и близостью к

автомагистрали происходит большее накопление свинца в растениях.

Свинец по-разному накапливается в органах растений. По степени

накопления ТМ органы растений располагаются в ряд:

корни>солома>семена (Черных Н.А., 1988; Гармаш Г.А., 1987; Степанова

М.Д., 1982; Ильин В.Б., 1990 и др.), что было подтверждено и нашими

исследованиями. Преимущественное накопление металлов в корнях может

быть связано с образованием малоподвижных соединений ТМ с

органическим веществом (Алексеев Ю.В., 1987).

По полученным данным содержания в почве подвижных форм свинца

мы можем предполагать, что возможно его накопление в продукции.

Поэтому на территориях испытывающих техногенный пресс были

отобраны растительные образца для определения поступления свинца в

растения ячменя и озимой пшеницы. Распределение свинца в растениях

ячменя и озимой пшеницы представлено в таблице 6.

Таблица 6 - Распределение свинца в растениях ячменя и озимой

пшеницы, мг/кг сухого вещества

Орган

растения

Мощность грузопотока

контроль 4,0 тыс. авт./сут. контроль

более 6,0 тыс. авт./

сут.

Удаленность от автомагистрали, м

> 3000 5-10 150 > 3000 5-10 150

Содержание свинца в озимой пшенице, мг/кг сухого вещества

Зерно 0,43 0,9 0,5 0,4 1,1 0,5

Солома 1,27 2,46 1,77 1,25 2,75 2,0

Корни 3,39 4,73 4,25 4,0 5,29 4,76

Содержание свинца в яровом ячмене, мг/кг сухого вещества

Зерно 0,35 0,79 0,45 0,37 0,93 0,48

Солома 0,97 2,19 1,45 1,0 2,48 1,75

Корни 3,08 4,16

3,76

3,1 4,67 4,2

При удаленности от автомагистрали 5-10 м зерно выращиваемых

культур не соответствует принятым нормам, т.к. ПДК по содержанию

свинца в зерне - 0,5 мг/кг, а содержание этого элемента в опытах

составило 0,79-1,10 мг/кг. С увеличением расстояния от магистрали до

150 м в продукции снижается количество поглощенного свинца до 0,45-

0,5 мг/кг и соответствует существующим стандартам ПДК.

Рассмотрим более подробно накопление свинца растениями при

удаленности от автомагистрали на 5-10 м.

С увеличением мощности грузопотока более 6,0 тыс. авт./сут.

растения ячменя в корнях, соломе и зерне накопили свинца на 0,51,

0,29, 0,14 мг/кг соответственно больше, чем при 4,0 тыс. авт./сут. При

сравнивании с контрольным вариантом накопление свинца

увеличивается в 1,5-2,7 раза.

Установлено, что накопление Pb в зерне озимой пшеницы при

мощности грузопотока 4,0 и более 6,0 тыс. авт./сут. выше, чем в ячмене на

13,9 и 18,3 % соответственно, чему способствует более длительный период

вегетации.

Таким образом, накопление наибольшего количества валовых и

подвижных форм свинца в почве получено при удалении 5-10 м от

автомагистрали независимо от мощности грузопотока. При удалении на

150 м от автомагистрали содержание в почве валовых и подвижных

форм свинца незначительно. При грузопотоке более 6,0 тыс. авт./сут

содержание подвижных форм Pb в почве увеличилось в 1,2 раза по

сравнению с 4,0 тыс. авт./сут. и 2,4 -контролем.

С увеличением мощности грузопотока и близостью к

автомагистрали происходит большее накопление свинца в растениях. В

порядке убывания накопления свинца, органы культур, можно

расставить в следующей последовательности: корни>солома>зерно. При

удаленности от автомагистрали на 5 м содержание Pb в зерне

выращиваемых растений не соответствует ПДК. С увеличением

расстояния от магистрали до 150 м в продукции снижается количество

свинца и соответствует ПДК. В зерне растений озимой пшеницы

количество накопившегося свинца выше по сравнению с ячменем.

3.3. Рост, развитие и продуктивность культур в зависимости от

удаленности автомагистрали

Устойчивость растений к воздействию токсикантов может

обуславливать тот факт, что при поступлении ТМ в растительный организм

происходит увеличение содержание в нем аминокислот и других

высокомолекулярных соединений, которые могут непосредственно связывать

металлы (Гармаш Г.А., 1985), или способствовать синтезу специфического

белка металлотионеина, который также связывает металлы, предохраняя тем

самым клетки от их токсического действия в неблагоприятных условиях

(Singhai R.L., 1976).

Также внешняя структура органов растений оказывает существенное

влияние на накопление свинца. Если поверхность органов растений

шероховатая, с восковым налетом, то она способна удерживать

соединения свинца длительное время, что, по видимому, способствует

проникновению последнего через устьица или образования устойчивых

комплексов на поверхности. Это приводит к повышению содержания ТМ в

органах растений.

Урожайность является главным показателем оценки действия

техногенного загрязнения на растения ярового ячменя и озимой пшеницы.

Различная мощность грузопотока и удаленность от автомагистрали, а также

длительность периода вегетации исследуемых растений в годы изучений

оказали существенное влияние на величину урожая. Урожайность величина

интегральная, её значение определяется целым комплексом различных

показателей, факторов, условий; при этом необходимо оценивать не только

действие какого-то определённого фактора, но и взаимодействие факторов

между собой.

Ввиду большей степени загрязненности свинцом территорий

прилегающих к автомагистрали, несомненен факт его непосредственного

влияния на элементы структуры урожая выращиваемых культур

(приложение 7, табл. 7, 8).

Таблица 7 - Элементы структуры урожая озимой пшеницы при

различной мощности грузопотока и удаленности от автомагистрали

Культур

Зерен в

колосе, шт

Масса зерна с

продуктивног

о стебля, г

Масса 1000

зерен, г

Биологическая

урожайность,

т/га

Удаленность от автомагистрали, м

5-10 150 5-10 150 5-10 150 5-10 150

Мощность грузопотока 4,0 тыс. авт./сут.

Озимая

пшениц

16,0 18,0 0,63 0,72 39,47 40,03 1,92 2,99

Мощность грузопотока более 6,0 тыс. авт./сут.

16,3 18,2 0,65 0,72 40,04 39,48 1,71 2,91

Контроль (> 3000 м)

21,7 0,87 39,96 5,42

НСР

0,13 0,1

% 1,2 0,9

Для детальной оценки влияния загрязнения Pb растений озимой

пшеницы и ярового ячменя определяли показатели элементов структуры

урожая и урожайность этих культур. Данные на контрольных вариантах

(на полях СПК «Колос» и учебном центре ДонГАУ) находились в пределах

ошибки (F

), поэтому для расчетов использовали усредненные

показатели.

На расстоянии 5-10 м от автомагистрали все показатели элементов

структуры урожая были наименьшими по сравнению с удалением на 150

м. Это связано с тем, что данная территория в большей степени

загрязнена свинцом, и очевиден факт его отрицательного влияния на рост

и развитие растений.

Таблица 8 - Элементы структуры урожая ярового ячменя при различной

мощности грузопотока и удаленности от автомагистрали

Культур

Зерен в

колосе, шт

Масса зерна с

продуктивног

о стебля, г

Масса 1000

зерен, г

Биологическая

урожайность,

т/га

Удаленность от автомагистрали, м

5-10 150 5-10 150 5-10 150 5-10 150

Мощность грузопотока 4,0 тыс. авт./сут.

Яровой

ячмень

15,0 17,3 0,59 0,69 39,39 40,07 1,43 2,26

Мощность грузопотока более 6,0 тыс. авт./сут.

14,0 16,5 0,57 0,66 40,49 39,84 1,23 2,13

Контроль (> 3000 м)

18,0 0,71 39,68 3,70

НСР

0,38 0,32

% 4,7 3,7

С увеличением мощности грузопотока более 6,0 тыс. авт./сут и

удаленности на 5-10 м от автомагистрали произошло уменьшение

количества продуктивных колосьев у ячменя и озимой пшеницы на 25 и

42 шт/м

соответственно, по сравнению с 4,0 тыс. авт./сут.

При удалении