WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 |

Изменение эколого-биологических свойств чернозема обыкновенного при загрязнении тяжелыми металлами

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи


Пономарева Светлана Викторовна


Изменение эколого-биологических свойств

чернозема обыкновенного при загрязнении

тяжелыми металлами

03.00.27 – почвоведение

03.00.16 – экология

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Ростов-на-Дону - 2008

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования

Южного федерального университета

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Колесников Сергей Ильич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Калиниченко Валерий Петрович

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Закруткин Владимир Евгеньевич

Ведущая организация: Московский государственный университет

им. М.В. Ломоносова, факультет почвоведения

Защита диссертации состоится 20 июня 2008 г. в 11.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.16 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, ауд. 205, e-mail: kravtsova@bio.rsu.ru, факс: (863)2638723).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южного федерального университета (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская, 148).

Автореферат разослан «16» мая 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

кандидат биологических наук, доцент Кравцова Н.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Существенный вклад в деградацию почвенного покрова во всем мире вносит загрязнение тяжелыми металлами (ТМ). Они относятся к приоритетным загрязняющим веществам. Однако не все ТМ исследованы в равной степени. Экологические последствия загрязнения почвы такими металлами как Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W изучены недостаточно.

Согласно ГОСТу 17.4.1.02-83 ТМ ранжированы на три класса опасности по отношению к здоровью людей. Однако, как показали предыдущие исследования (Колесников, 2006), по влиянию на состояние почвы многие элементы не соответствуют указанным классам (степени опасности) и по отношению к почве целесообразно разработать собственные классы опасности.

Цель и задачи исследования. Цель настоящей работы — установить основные закономерности влияния Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1. Выявить закономерности изменения в условиях загрязнения численности и активности микроорганизмов, ферментативной активности, фитотоксичности почв, щелочно-кислотных условий и других свойств почвы.

2. Провести анализ изменения свойств почвы в зависимости от следующих параметров загрязнения: природа элемента, концентрация его в почве, форма соединения, срок от момента загрязнения. Установить взаимосвязь между эколого-биологическими показателями и исследуемыми параметрами загрязнения.

3. Оценить степень информативности и чувствительности различных эколого-биологических показателей и определить целесообразность их использования в целях мониторинга, диагностики и нормирования загрязнения почв и экосистем в целом исследованными ТМ.

4. Используя фондовые материалы кафедры экологии и природопользования ЮФУ и результаты настоящего исследования, провести сравнительную оценку экологической опасности 20 химических элементов, относящихся к разным классам опасности.

5. Наметить количественные ориентиры региональных нормативов содержания в черноземах исследованных элементов.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Загрязнение ТМ (Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W), как правило, ведет к ухудшению эколого-биологических свойств чернозема обыкновенного. Степень изменения зависит от природы элемента, концентрации его в почве, формы химического соединения, срока от момента загрязнения.
  2. По степени негативного воздействия на почву исследованные элементы располагаются следующим образом: Cr > B > Zn > Se > Ba As Sr = V Co = F = Mn Ni Cu > Pb Sn Cd = W Sb Hg > Mo (если за единицу содержания элемента в почве принять ПДК); Se Cr > Sn Hg W Cd > As = Co = Sb Cu Ni B = Pb > Sr Mo Zn V Ba Mn F (мг/кг); W Sn > Se > Sb Hg Cr Cd Pb Sr = Cu Ni As Ba Co Mn > V = Mo Zn B F (моль/кг).
  3. По влиянию на состояние почвы исследованные элементы не располагаются по классам опасности, разработанным применительно к здоровью людей (ГОСТ 17.4.1.02-83). Предложено выделение следующих трех классов экологической опасности элементов по отношению к почве: 1 класс – Se, Cr, Sn, Hg, W, Cd; 2 класс – As, Co, Sb, Cu, Ni, B, Pb; 3 класс – Sr, Mo, Zn, V, Ba, Mn, F.
  4. Предложены региональные нормативы содержания Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V и W в черноземах обыкновенных с учетом их эколого-генетических особенностей.

Научная новизна работы. Впервые проведено исследование влияния Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W на экологическое состояние чернозема обыкновенного по единой методике, с широким набором показателей, при разнообразных параметрах загрязнения и т.д. Установлены закономерности изменения микробиологических, биохимических, фитотоксических, щелочно-кислотных свойств чернозема. Исследовано изменение свойств почвы в зависимости от природы металла, концентрации его в почве, формы соединения, срока от момента загрязнения. Установлены зависимости между эколого-биологическими показателями и исследуемыми параметрами загрязнения. Определены чувствительность и информативность различных эколого-биологических показателей, оценена возможность и целесообразность их использования в целях мониторинга, диагностики, индикации и нормирования загрязнения почв исследованными ТМ. Дана сравнительная оценка экологической опасности 20 химических элементов, относящихся к разным классам опасности. Предложена шкала экологического нормирования загрязнения черноземов обыкновенных исследованными ТМ по степени нарушения экологических функций почв.



Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы научными, производственными и природоохранными организациями при оценке воздействия на окружающую среду, биомониторинге и биодиагностике состояния почв и экосистем в целом, экологическом нормировании загрязнения почв, определении предельно допустимой антропогенной нагрузки на территорию, проведении экологической экспертизы, паспортизации, сертификации и других научных и природоохранных мероприятий.

Материалы диссертационного исследования используются в учебном процессе в Южном федеральном университете при преподавании дисциплин «Экология», «Рациональное природопользование и охрана природы», «Почвоведение с основами геологии», «Экологическая экспертиза», «Мониторинг и биоиндикация», «Нормирование качества окружающей среды» в Южном федеральном университете.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве» (Персиановский, 2006), Международной научной конференции «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2007), Всероссийской научной конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008), Второй научно-практической конференции «Экологические проблемы природных и урбанизированных территорий» (Астрахань, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 научных работ, объемом 1,2 п.л., из них 1 статья в издании, рекомендованном ВАК. Доля участия автора в публикациях составляет 85% (1,0 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 200 страницах печатного текста. Состоит из введения, восьми глав, выводов, списка литературы. Содержит 33 таблицы и 103 рисунка. Список литературы включает 292 источника, из них 61 на иностранных языках.

Исследование выполнено при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты № 07-04-00690-а и № 07-04-10132-к) и Федерального агентства по науке и инновациям (гранты № МД-3944.2005.4 и № МД-3155.2007.4).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ГЛАВА 1. Современное состояние проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами

В главе охарактеризованы источники загрязнения окружающей среды ТМ, поведение и трансформация их соединений в почве, значение ТМ для живых организмов, последствия недостатка и избытка, проблемы нормирования, пути охраны почв от загрязнения, способы санации и рекультивации загрязненных земель. Также представлен аналитический обзор литературы по проблеме влияния ТМ на биологические и другие свойства почв.

ГЛАВА 2. Экологическая роль исследованных тяжелых металлов

В главе рассмотрено экологическое значение каждого из исследованных элементов в отдельности: Ba, Mn, Sb, Sn, Sr, V, W. Проанализирована их необходимость для живых организмов (микроорганизмов, растений, грибов, животных и человека) и роль в обмене веществ. Освещены последствия для живых организмов недостатка и избытка этих ТМ.

ГЛАВА 3. Объект исследований черноземы обыкновенные

В работе были использованы черноземы обыкновенные (североприазовские). Эти почвы подвергаются значительной антропогенной нагрузке. Отбор почвы для модельных исследований производился на территории опытно-полевого хозяйства ДонГАУ, п. Персиановский, Ростовская область. Почва для модельных экспериментов была отобрана из пахотного горизонта.

В главе описаны эколого-географические условия района исследований: рельеф, почвообразующие породы, климат, растительность; география черноземов обыкновенных, эколого-генетические и эколого-биологические свойства и особенности.

ГЛАВА 4. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для решения поставленных задач был заложен ряд модельных опытов. Было исследовано загрязнение почвы ТМ третьего класса опасности: марганцем (Mn), барием (Ba), ванадием (V), вольфрамом (W), стронцием (Sr), а также сурьмой (Sb), относящейся ко второму классу опасности и оловом (Sn), который не отнесен ГОСТом 17.4.1.02-83 ни к одному из классов опасности, но часто встречается как загрязняющее вещество. Все другие элементы соответствующего ГОСТа были исследованы по аналогичной методике ранее Колесниковым С.И. с соавт. (2006 и др.).

ТМ вносили в почву в форме оксидов (MnO2, BaO, V2O5, WO3) и хлоридов (MnCl2, BaCl2, SbCl2, SnCl2, SrCl2). Хлориды этих элементов являются водорастворимыми, а значит более мобильными, и, соответственно, проявляют свой токсический эффект при попадании в почву в большей степени, чем оксиды металлов. Хлориды металлов растворяли в воде и вносили в почву при первом поливе. Оксиды металлов сначала растирали с небольшим объемом почвы, а затем смешивали с остальной почвой, после чего почву увлажняли водой.

Изучали действие разных концентраций загрязняющих веществ. Содержание ТМ в почве выражали в ПДК (если таковое для данного элемента разработано) или в УДК — «условно допустимой концентрации» (если ПДК элемента в почве не разработано). ПДК Mn в почве составляет 1500 мг/кг, Sb и Sn — 4,5 мг/кг, V — 150 мг/кг. Для остальных элементов (Ba, Sr и W) были определены УДК равные трем фоновым концентрациям элемента в почве, на том основании, что ПДК Mn, Sb и Sn составляют около трех их фоновых концентраций в почве (табл. 1). Таким образом, УДК Ba в почве определили как 1500 мг/кг, Sr — 750 мг/кг, W — 4,5 мг/кг.

В почву вносили 1, 10 и 100 ПДК (УДК) элемента (табл. 1).

Почву инкубировали в вегетационных сосудах при комнатной температуре (20-22°С) и оптимальном увлажнении (60% от полевой влагоемкости) в трехкратной повторности.

Для изучения динамики изменения исследуемых показателей лабораторно-аналитические исследования проводили через 10, 30 и 90 суток от момента загрязнения.

Таблица 1

Использованные в исследовании ПДК и УДК элементов в почве

(валовое содержание), мг/кг почвы

Элемент Кларк в почве Кларк в черноземах ПДК УДК
по Торшину с соавт., 1990 по Шеуджену, 2003 по Касьяненко, 1992 Колесников
Ba - 500 - 1500
Mn 1000 500 1500 -
Sb 1 1 4,5 -
Sn 4 1,5 4,5 -
Sr 250 250 - 750
V 90 50 150 -
W 1,5 - - 4,5






Pages:   || 2 | 3 |
 


Похожие работы:







 
2013 www.деньсилы.рф - «МЕДИЦИНА-ЛЕЧЕНИЕ-ОЗДОРОВЛЕНИЕ»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.