WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Оценка экотоксичности тяжелых металлов и нефти по биологическим показателям чернозема

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи



Жаркова Мария Геннадьевна

ОЦЕНКА ЭКОТОКСИЧНОСТИ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

И НЕФТИ ПО БИОЛОГИЧЕСКИМ ПОКАЗАТЕЛЯМ

ЧЕРНОЗЕМА

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 - 2009

Работа выполнена на кафедре экологии и природопользования

Южного федерального университета

Научный руководитель: доктор сельскохозяйственных наук, профессор

Колесников Сергей Ильич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук

Приваленко Валерий Владимирович

доктор биологических наук, доцент

Минкина Татьяна Михайловна

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр Экологической безопасности РАН (г.Санкт-Петербург)

Защита диссертации состоится 15 мая 2009 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.208.32 по биологическим наукам при Южном федеральном университете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул. Б.Садовая, 105, ЮФУ, зал заседаний, e-mail: denisova777@inbox.ru, факс: (863)2638723).

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

Автореферат разослан 10 апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат биологических наук Денисова Т.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. В настоящее время одним из актуальных вопросов экологии и охраны природы стало исследование последствий загрязнения объектов окружающей среды, в том числе почв, различными химическими веществами. Экологические и экономические ущербы от химического загрязнения почв и сельскохозяйственной продукции огромны.

Проблеме загрязнения почв уделяется большое внимание. Однако и сейчас экологические последствия химического загрязнения почв изучены недостаточно. Первыми на загрязнение реагируют живые организмы и биологические свойства почвы. Знание особенностей воздействия химических веществ на биологические процессы в почве и механизмов устойчивости почв и растений к загрязнению должно стать основой для разработки методов предотвращения негативных последствий загрязнения.

Большинство исследований влияния химического загрязнения на свойства почв проводились либо на территориях техногенного загрязнения, либо в условиях лабораторного моделирования. Исследования влияния загрязнения на биологические свойства чернозема обыкновенного в полевых модельных условиях проведены впервые.

Цель и задачи исследования. Цель работы — оценка экотоксичности тяжелых металлов (Cr, Cu, Ni, Pb) и нефти по биологическим показателям состояния чернозема в полевых и лабораторных условиях.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

1.Установить закономерности влияния загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) (Cr, Cu, Ni, Pb) и нефтью на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного. Оценить степень изменения свойств чернозема в зависимости от параметров загрязнения, таких как природа загрязняющего вещества, его количество в почве, продолжительность загрязнения.

2.Сопоставить между собой результаты лабораторных и полевых модельных исследований химического загрязнения почв. Оценить корректность переноса результатов лабораторного моделирования в полевые условия.

3.Исследовать изменение свойств чернозема при загрязнении по генетическому профилю.

4.Установить количественные ориентиры для разработки региональных нормативов содержания ТМ и нефти в черноземе обыкновенном.

Основные положения, выносимые на защиту.

1.Загрязнение оксидами Cr, Cu, Ni, Pb и нефтью оказывает негативное воздействие на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного.

2.Практически не выявлено статистически достоверных различий между степенью снижения эколого-биологических показателей в лабораторных условиях и в поле. Это свидетельствует о корректности переноса результатов лабораторных модельных исследований в полевые условия.

3. Загрязнение пахотного горизонта чернозема обыкновенного нефтью приводит к ухудшению биологических свойств не только в этом, но и в нижележащих слоях, в то время как загрязнение свинцом существенно сказывается на биологических свойствах только верхнего горизонта почвы.

4.Превышение содержания свинца в черноземе обыкновенном в количестве 25 мг/кг, а содержание нефти 0,25% от массы почвы, нельзя считать экологически безопасными (допустимыми), так как они, во-первых, вызывают снижение большинства основных биологических показателей экологического состояния почвы, во-вторых, приводят к значительному нарушению роста и развития растений; а свинец, кроме того, в больших количествах поступает в зерно и солому.

Научная новизна работы. Впервые проведено подробное полевое и лабораторное моделирование загрязнения чернозема обыкновенного ТМ и нефтью с широким набором доз загрязняющих веществ и сроков от момента загрязнения. В результате установлены новые закономерности изменения эколого-биологических свойств чернозема, таких как численность микроорганизмов, ферментативная активность, фитотоксичность, содержание гумуса, фитотоксичность почв, численность разных групп микроартропод, рост и развитие растений. Проведено сопоставление между собой результатов лабораторных и полевых модельных исследований химического загрязнения почв и доказана корректность переноса результатов лабораторного моделирования в полевые условия. Исследовано изменение свойств чернозема в различных генетических горизонтах. Дана оценка чувствительности и информативности различных биологических показателей с целью использования в мониторинге состояния почв, загрязненных ТМ и нефтью. Дана оценка экологически безопасного содержания ТМ и нефти в черноземе обыкновенном.



Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при мониторинге и диагностике состояния загрязненных почв, при оценке воздействия на окружающую среду, оценке риска природных и антропогенных катастроф, разработке региональных нормативов содержания ТМ и нефти в почвах, а также в других природоохранных и производственных мероприятиях.

Результаты исследования используются в учебном процессе при преподавании экологии, почвоведения, природопользования и охраны окружающей среды, экологической экспертизы, мониторинга и биоиндикации в Южном федеральном университете и могут быть использованы в учебном процессе в других вузах.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на Международных научных конференциях «Экология и биология почв» (Ростов-на-Дону, 2007, 2008); Научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии в сельскохозяйственном производстве» (Персиановский, 2006, 2007); Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (Ростов-на-Дону—Абрау-Дюрсо, 2007, 2008); Международной научно-практической конференции «Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования» (Астрахань, 2007); III Международной научно-практической конференции «Эволюция и деградация почвенного покрова» (Ставрополь, 2007); Всероссийской научной конференции «Фундаментальные достижения в почвоведении, экологии, сельском хозяйстве на пути к инновациям» (Москва, 2008); X международной научной конференции «Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря и водоёмов внутреннего стока Евразии» (Астрахань, 2008); V Всероссийском съезде Общества почвоведов им. В.В. Докучаева (Ростов-на-Дону, 2008); The Eurosoil Symposium (Vienna, Austria, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, объемом 10,54 п.л., из них 1 статья в издании, рекомендованном ВАК, 1 монография (в соавторстве). Доля участия автора в публикациях составляет 34,2% (3,6 п.л.).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 242 страницах печатного текста. Состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы. Содержит 40 таблиц и 106 рисунков. Список литературы включает 414 источник, из них 68 на иностранных языках.

Исследования поддержаны Российским фондом фундаментальных исследований (гранты № 07-04-00690-а и № 07-04-10132-к) и Федеральным агентством по науке и инновациям (гранты № МД-3944.2005.4 и № МД-3155.2007.4).

Автор выражает глубокую признательность за неоценимую помощь в работе своему научному руководителю – заведующему кафедрой экологии и природопользования ЮФУ, д.с.-х.н., профессору С.И. Колесникову; за научные консультации – д.б.н., профессору В.Ф. Валькову; за ценные рекомендации на всех этапах работы – д.г.н., профессору К.Ш. Казееву; за постоянную помощь и поддержку – к.б.н., преподавателям кафедры экологии и природопользования Т.В.Денисовой и Е.В. Даденко; за помощь в проведении полевых экспериментов – к.б.н., доценту кафедры почвоведения и агрохимии Р.В.Кузнецову, а также всем соавторам публикаций и сотрудникам кафедры экологии и природопользования ЮФУ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Экологические последствия загрязнения почв тяжелыми металлами и нефтью

В первой главе дана общая характеристика ТМ и нефти как источников загрязнения окружающей среды, поведение и трансформация их соединений в почве. Подробно рассмотрены вопросы влияния загрязнения ТМ и нефтью на биологические и другие свойства почв и живые организмы. Проведен анализ проблем нормирования загрязнения почв и путей их охраны от загрязнения, способов санации и рекультивации загрязненных земель.

ГЛАВА 2. Объект исследования черноземы обыкновенные

В качестве объекта исследования в работе были использованы черноземы обыкновенные южно-европейской фации (североприазовские). Отбор почвы для лабораторных модельных экспериментов производили в учхозе ДонГАУ «Донское» (Октябрьский район Ростовской области) и Ботаническом саду ЮФУ (г. Ростов-на-Дону). Полевые модельные опыты были заложены в Ботаническом саду ЮФУ.

Мощность гумусового горизонта исследованных черноземов составляет около 80 см, гранулометрический состав — тяжелосуглинистый, реакция среды нейтральная (pH=7,6-7,8), содержание гумуса 3,6% в черноземе учхоза ДонГАУ и 4,1% Ботсада ЮФУ, активность каталазы – 7,6-8,7 мл О2/г, активность дегидрогеназы – 17,5-19,5 мг ТФФ/10 г. Фоновое содержание свинца (валовая форма) в черноземе учхоза ДонГАУ 12,8 мг/кг и 15,3 мг/кг Ботсада ЮФУ, никеля – 43,6 мг/кг и 22,8 мг/кг, меди – 23,3 мг/кг и 17,0 мг/кг, хрома – 58,5 мг/кг и 55,5 мг/кг соответственно.





В главе подробно охарактеризованы эколого-географические условия формирования черноземов обыкновенных (рельеф, почвообразующие породы, климат, растительность), их география, эколого-генетические и эколого-биологические свойства и особенности.

ГЛАВА 3. МЕТОДИКА И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Для решения поставленных задач был заложен ряд лабораторных и полевых модельных опытов.

Лабораторные модельные эксперименты были проведены с черноземом обыкновенным, отобранным в двух точках: учхоз ДонГАУ «Донское» (Октябрьский район Ростовской области) и Ботанический сад ЮФУ (г. Ростов-на-Дону). Почва для модельных экспериментов была отобрана из пахотного горизонта.

В качестве загрязняющих веществ использовали товарную нефть, оксиды хрома, меди, никеля, свинца. Тяжелые металлы вносили в почву в форме оксидов, поскольку 70-90% загрязнения почв происходит этой формой ТМ (Горбатов, 1988). Именно этими ТМ в наибольшей степени загрязнены почвы на Юге России (Шеуджен, 2003; Дьяченко, 2004).

Исследовали широкий набор доз ТМ 25, 50, 100, 250, 500 и 1000 мг/кг почвы.

Для выражения концентрации нефти в почве использовали ее процентное содержание. ПДК в почве нефти не разработана. Дозы нефти — 0,25; 0,5; 1,0; 2,5; 5,0; 10,0 % от массы почвы.

Биологические параметры состояния почв определяли через 30 суток после загрязнения.

Полевые модельные эксперименты были проведены с черноземом обыкновенным в Ботаническом саду ЮФУ (г. Ростов-на-Дону) (Доспехов, 1979). Использовали делянки площадью 1 м2 с промежутками между делянками 0,5 м. Повторность трехкратная. Загрязняющие вещества – нефть и оксид свинца (II). Дозы, формы и способы внесения в почву свинца и нефти такие же, как в лабораторных экспериментах.

Для изучения динамики происходящих в почве биологических процессов образцы почвы отбирали через 10, 30, 90, 180, 240 и 330 суток после загрязнения. Начало эксперимента 20 августа 2007 года. Через месяц после закладки опытных делянок на них была посеяна озимая пшеница (сорт Дончанка).

Лабораторно-аналитические исследования образцов почвы лабораторных и полевых модельных экспериментов выполнены с использованием общепринятых в экологии, биологии и почвоведении методов (Практикум по агрохимии, 1989; Методы почвенной микробиологии и биохимии, 1991 и др.; Казеев и др., 2003; Почвенные клещи и их роль в почвообразовании и в почвенных ценозах, Гиляров, 1975). Степень токсичности определяли по общей численности бактерий, обилию бактерий рода Azotobacter, активности каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитической активности, фитотоксическим свойствам почв, численности и составу микроартропод, содержанию гумуса, показателям роста и развития растений, содержанию в почве и растениях исследованных ТМ и другим показателям.

Для выявления общих закономерностей воздействия ТМ и нефти на экологическое состояние почвы использовали интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы. ИПБС был рассчитан по наиболее информативным показателям: общая численность бактерий, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическая активность.

Статистическая обработка данных была проведена с использованием дисперсионного анализа с последующим определением наименьшей существенной разности (НСР), корреляционного и регрессионного анализов. Для проведения математической обработки результатов исследования использовали компьютерную программу Statistica 6.0.

Глава 4. лабораторные модельные исследования

В результате лабораторного моделирования установлено негативное воздействие Cr, Cu, Ni, Pb и нефти на эколого-биологические свойства чернозема обыкновенного. В качестве примера в таблице 1 представлены результаты загрязнения почвы свинцом.

Таблица 1

Влияние загрязнения свинцом на эколого-биологические свойства

чернозема обыкновенного

Доза, мг/кг

Численность бактерий,

млрд/г

Обилие бактерий рода Azotobacter,

% комочков обрастания

Активность каталазы,

мл О2/г

Активность

дегидрогеназы,

мг ТФФ/10 г

Целлюлозолитическая активность,

% разложения полотна

за 30 суток

Всхожесть, %

Длина корней,

мм за 5 суток

Длина побегов,

мм за 5 суток

Содержание гумуса,

%

Фон

1,3

99

8,4

16,0

100

96

30,6

31,2

4,1

25

1,3

92

8,3

14,0

86

94

28,5



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |
 


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.