WWW.ДЕНЬСИЛЫ.РФ

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Медицина

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Аккумуляция тяжелых металлов в агроландшафтах самарского заволжья

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

АХМАТОВ ДМИТРИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

АККУМУЛЯЦИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В АГРОЛАНДШАФТАХ САМАРСКОГО ЗАВОЛЖЬЯ

Специальность 03.02.08 – экология (биология)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата биологических наук

Тольятти 2012

Работа выполнена на кафедре химии и защиты растений

Самарской государственной сельскохозяйственной академии

Научный руководитель кандидат биологических наук, доцент Троц Наталья Михайловна
Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Прохорова Наталья Владимировна; доктор биологических наук, профессор Кулагин Андрей Алексеевич
Ведущая организация Ульяновский НИИ сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 30 марта 2012 года в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 002.251.01 при Институте экологии Волжского бассейна РАН по адресу:

445003, Самарская область, г. Тольятти, ул. Комзина, д. 10.

Тел. (8482) 489977; факс (8482) 489504; E-mail: ievbras2005@mail.ru.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института экологии Волжского бассейна РАН, с авторефератом – в сети интернет на сайте ИЭВБ РАН по адресу: http// http://ievbras.ru

Автореферат разослан 20 февраля 2012 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук А.Л. Маленев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследований. В условиях возрастающего антропогенного воздействия человека на биосферу особую опасность для агробиоценозов представляют тяжелые металлы (ТМ). Попадая в почву и растения, они накапливаются в агросистемах и включаются в метаболические циклы живых организмов, образуя высокотоксичные канцерогенные соединения, загрязняющие продукты питания и окружающую среду.

В связи с этим исследования, направленные на изучение особенностей накопления и миграции тяжелых металлов в агроландшафтах, а также поиск технологических приемов снижения их поступления в биологический кругооборот, представляют особую актуальность.

Цель и задачи исследований. Выявление особенностей аккумуляции ТМ (Cd, Pb, Zn, Cu, Co, Mn) в почвах и в фитомассе основных сельскохозяйственных растений Самарского Заволжья.

В задачи исследований входило:

  1. Изучить особенности накопления валовых и подвижных форм ТМ в пахотном горизонте основных подтипов черноземов Северной, Центральной и Южной агроклиматических зон.
  2. Изучить характер поступления ТМ в фитомассу и особенности их локализации растительными организмами в различных почвенно-климатических условиях.
  3. Выявить влияние систем обработки почвы на характер накопления ТМ в почве и растениях.
  4. Изучить влияние минеральных удобрений на специфику накопления и миграцию ТМ в системе « почва-растение ».
  5. Установить коэффициенты аккумуляции и объемы выноса ТМ из почвы с надземной фитомассой.

Научная новизна. Впервые в условиях Самарского Заволжья изучено влияние систем обработки почвы на особенности накопления валовых и подвижных форм Cd, Pb, Zn, Cu, Co, Mn в пахотном горизонте чернозема типичного. Исследована металлоаккумулятивная способность озимых и яровых зерновых культур при разной степени рыхления почвы и особенности локализации микроэлементов в органах растений. Установлены оптимальные приемы обработки почвы, позволяющие существенно снизить уровень концентрации металлотоксикантов в агроландшафтах. Изучено влияние минеральных удобрений на характер накопления и мобильность ТМ в почве, и специфику их поступления в биомассу основных сельскохозяйственных культур. Впервые определены индексы содержания тяжелых металлов в фитомассе новых для региона растений: озимой тритикале и сое. Определены коэффициенты накопления ТМ и их выноса с надземной фитомассой.

Уточнены особенности аккумуляции валовых и подвижных форм Cd, Pb, Zn, Cu, Co, Mn в пахотном горизонте основных подтипов чернозема Самарского Заволжья и зональные особенности поступления ТМ в фитомассу ведущих зерновых, зернофуражных, зернобобовых, крупяных и пропашных культур.

Основные положения, выносимые на защиту:

- максимальные объемы накопления валовых и подвижных форм ТМ в агроландшафтах Самарского Заволжья имеет чернозем выщелоченный и чернозем типичный, а минимальные – чернозем южный;

- накопление и локализация ТМ в ведущих сельскохозяйственных культурах определяется видовыми особенностями растений и почвенно-климатическими условиями зоны их возделывания;



- глубокая отвальная вспашка (25-27 см), снижает поступление Cd, Pb, Zn, Mn в растения в 1,2-2,7 раза, а Cu и Co – в 2,5-4,0 раза;

- внесение расчетных доз минеральных удобрений на 5,6-30,9% уменьшает суммарный объем аккумуляции ТМ в фитомассе растений.

Теоретическое значение работы. Материалы, отраженные в диссертации, вносят определенный вклад в теоретические разработки по особенностям аккумуляции и миграции тяжелых элементов в системе «почва-растение», влиянию агротехнических приемов возделывания культур и почвенно-климатических условий на динамику поступления Cd, Pb, Zn, Cu, Co и Mn в ткани сельскохозяйственных растений.

Практическая ценность работы. Производству рекомендованы системы обработки почвы, позволяющие существенно снизить накопление ТМ в верхнем горизонте почвы и их миграцию в растения. Полученные данные могут быть использованы при мониторинговых исследованиях в агроландшафтах, разработке практических рекомендаций по применению удобрений, составлению рекомендаций по размещению и районированию культур в конкретных почвенно-климатических условиях.

Экспериментальный материал используется в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» студентами биологических, агрономических и экологических специальностей и слушателями факультета повышения квалификации. Они также могут быть использованы специалистами и руководителями подразделений Россельхознадзора и сельхозтоваропроизводителями.

Публикация результатов исследований. По материалам исследований диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на VI Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Республика Казахстан, г. Семей, 2010), на Всероссийской научно- практической конференции молодых ученых, посвященной 115-летию Т.С. Мальцева «Развитие научной, творческой и инновационной деятельности молодежи» (г. Курган, 2010), на Всероссийской научно-практической конференции «Особенности развития агропромышленного комплекса на современном этапе» (г. Уфа, 2010), на областной научно-практической конференции «Вклад молодых ученых в аграрную науку Самарской области» (г. Самара, 2011), на межвузовской научно-практической конференции «Достижения науки агропромышленному комплексу» (г. Кинель, 2011).

Декларация личного участия автора. Основные результаты исследований, изложенные в диссертации, получены при непосредственном участии автора. На основе глубокой проработки литературных источников автор обосновал тему исследований, сформулировал цель и задачи настоящей работы, спланировал закладку полевых опытов. Контроль за ходом отбора почвенных и растительных проб, их подготовкой к анализам, проведение химических анализов, систематизация экспериментального материала, математическая обработка полученных результатов также осуществлялись лично автором.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 135 страницах и содержит введение, 4 главы, выводы и предложения производству, список литературы из 205 источников, в том числе 12 на иностранном языке. Работа включает 2 рисунка, 26 таблиц и 15 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Экологическая проблема тяжелых металлов

в агроэкосистемах и пути ее решения

В этой главе приводится литературный обзор по изучаемым вопросам. Обобщены современные представления о ТМ, их роли в биологических объектах, дается существующая классификация по степени опасности. На основе данных отечественных и зарубежных исследователей анализируются биогеохимические особенности Cd, Pb, Zn, Cu, Co, Mn, прослеживаются пути их поступления в агроландшафты, а также влияние на организм человека, животных и растений. Систематизирована доступная информация по особенностям аккумуляции ТМ в почве и растениях, факторам, способствующим накоплению металлотоксикантов в верхнем горизонте различных типов почв, путям их миграции в фенотипы и специфике локализации в растительных тканях. Рассматривается влияние различных систем обработки почвы и применения удобрений на объемы накопления и мобильность ТМ в агросистемах, возможности снижения их поступления в продукцию и уменьшения уровня концентрации в почве.

Отмечается, что некоторые аспекты данной проблемы изучались как зарубежными, так и отечественными исследователями, в том числе и в условиях Среднего Поволжья и Самарской области. Но в то же время ряд вопросов, связанных с особенностями аккумуляции ТМ в различных типах и подтипах почв, исследовались относительно давно и требуют уточнения. Недостаточно информации по воздействию металлотоксикантов (и в особенности их комплексов) на конкретные виды сельскохозяйственных растений. Имеющиеся рекомендации по снижению токсикологической нагрузки разработаны и апробированы в других регионах страны, для конкретных почвенно-климатических условий и уровней антропогенного влияния на агробиоценозы. Практически отсутствуют сведения о влиянии агротехнических приёмов в получении экологически безопасной продукции в условиях Самарского Заволжья, хотя данная проблема является актуальной и требует изучения, особенно при освоении современных ресурсосберегающих технологий возделывания сельскохозяйственных культур.





Глава 2. Условия, объекты и методы исследований

Самарская область расположена в среднем течении реки Волга, которая делит территорию области на две неравные части – правобережную и левобережную (Самарское Заволжье), занимающую 9/10 площади. По совокупности природно-экономических условий, особенностям климата и почв территория разделена на три зоны: Северную, Центральную и Южную.

Северная зона занимает 25,7 % площади. За год выпадает 350-450 мм осадков. Сумма активных температур – 2200-23000С. Гидротермический коэффициент – 1,0-1,1. Безморозный период – 132-145 дней. Преобладающие почвы – черноземы выщелоченные и типичные. Центральная зона занимает 46,3 % территории области. Количество осадков за год – 350-400 мм. Сумма активных температур 2500-2700oС. Гидротермический коэффициент 0,7-0,8. Безморозный период – 144-152 дня. Преобладающие почвы - черноземы типичные. Южная зона занимает 28,0% площади. За год выпадает 270-300 мм осадков. Сумма активных температур – 2600-28000С. Гидротермический коэффициент – 0,6-0,7. Безморозный период – 148-154 дня. Преобладающие почвы - черноземы южные и темно-каштановые.

Экспериментальную работу проводили в годы с резко контрастными метеорологическими условиями: 2009 г. отличался жаркой и сухой погодой в июне – июле и влажной, теплой в августе, ГТК - 0,90. Засушливый тип погодных условий с ГТК – 0,89 и неравномерным выпадением осадков был характерен для 2008 года и аномально засушливый с ГТК – 0,21 для 2010 года.

Объектом исследований являлись черноземы выщелоченные, типичные и южные, а также ведущие сельскохозяйственные культуры Самарского Заволжья: озимая тритикале (Triticosecale wittm); озимая рожь (Secale cereale); озимая пшеница (Triticum aestivum); яровая пшеница мягкая (Triticum vulgare); яровая пшеница твердая (Triticum durum); яровой ячмень (Hordeum vulgare); овес полевой (Avena sativa); просо обыкновенное (Panicum miliaceum); гречиха посевная (Fagopyrum esculentum); кукуруза (Zea mays); подсолнечник (Helianthus annuus); горох посевной (Pisum sativum); соя (Glycine hishida).

Для решения поставленных задач в 2008-2010 гг. исследовали агроландшафты: в Северной зоне – Камышлинского; в Центральной – Кинельского; в Южной – Большеглушицкого муниципальных районов. В них выделяли элементарные ландшафты, в которых закладывали площадки для отбора образцов сельскохозяйственных растений и почвы.

Параллельно в 2008-2010 гг. на опытном поле Фонда сельскохозяйственного обучения (ФСО) проводили эксперименты по изучению влияния различных систем обработки почвы на характер локализации ТМ в пахотном горизонте и растениях озимой пшеницы, яровой пшеницы и ячменя. Опыт предусматривал три варианта основной обработки почвы: 1 – прямой посев (без обработки); 2 – поверхностная обработка (14-16 см); 3 – отвальная вспашка (25-27 см).

В период с 2009 по 2010 гг. также на опытном поле ФСО изучали действие минеральных удобрений на аккумуляцию и мобильность ТМ в почве и основных сельскохозяйственных культурах. Опыт предусматривал 2 уровня минерального питания растений: 1 – контроль (без удобрений); 2 – внесение расчетных доз NPK. Нормы удобрений распределялись следующим образом: яровая пшеница – N60P60K60; ячмень, овес – N45P45K20; просо – N30P40K40; горох – N10P60K60, гречиха – N45P60K60. Система их применения предусматривала основное внесение, предпосевное и подкормки. Опыты закладывали в соответствии с существующей методикой (Доспехов, 1985; Головатый и др., 2009; Ильясов и др., 2010)

Растительные и почвенные образцы для анализа отбирали с использованием общепринятых методов (Алексеенко, 2000). Растения выкапывали из почвы в фазу полной спелости в разных достаточно отдалённых друг от друга точках пробной площади, сразу отделяли корни, стебли и соцветия. В маркированных пакетах образцы доставляли в лабораторию ФГУ «Станция агрохимической службы «Самарская», имеющую аттестат аккредитации испытательной лаборатории № РОСС RU. 0001.510565.

Подготовку образцов почвы и растений для определения валового содержания ТМ в них выполняли традиционным методом (Муравин, 2005). Определение валовых форм ТМ в почвах и растительных образцах проводили с предварительной подготовкой проб методом «сухой» минерализации при 5750С. Подвижные формы соединений извлекали ацетатно-аммонийным буферным раствором с рН 4,8. Конечное определение элементов проводили пламенным и электротермическим вариантами с применением атомно- абсорбционного спектрофотометра «Спектр 5 - 4». Одновременно проводили холостой анализ, включая все его стадии, кроме взятия пробы почвы. За окончательный результат испытания принимали среднее арифметическое двух параллельных определений.

Помимо содержания ТМ в почвах определяли содержание гумуса по Тюрину; рН водной вытяжки; содержание подвижного фосфора в нейтральных почвах по Чирикову; в карбонатных - по Мачигину; содержание обменного калия в нейтральных почвах по Чирикову; в карбонатных - по Мачигину (Волкова, 1987). Полученные результаты лабораторных анализов по Мачигину пересчитаны по методу Чирикова.

Cтатистическую обработку экспериментального материала проводили по Доспехову (1985) в вычислительном центре Самарской ГСХА.

В годы исследований было отобрано и проанализировано 495 проб.

Глава 3. Особенности аккумуляции тяжелых металлов

в почвах и растениях



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 


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.