Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 5
1.1. Гумусовые вещества почв 5
1.2. Фульвокислоты почвы 5
1.3. Токсичные вещества в почве 13
1.4. Факторы, влияющие на поведение тяжелых металлов в почве 16
1.5. Органическое вещество почвы, его состав и свойства. 22
1.6. Органо-минеральные соединения в почве. 24
1.7. Комплексообразование органического вещества с тяжелыми металлами. 26
1.8 Влияние тяжелых металлов на микробный ценоз почв. 27
1.9. Тяжелые металлы в растениях. 29
ГЛАВА 2. Методики и объекты исследования 31
2.1. Объекты исследований, их краткая характеристика 31
2.2. Методы исследований 36
ГЛАВА 3. Свойства гумусовых и фульвокислот. 41
3.1. Гумусовые вещества почв северо-западной части Липецкой области 41
3.2. Комплексообразование токсичных металлов с ФК и ГК. 51
ГЛАВА 4. Тяжелые металлы (ТМ) в системе почва-растения в условиях загрязнения 64
4.1. Влияние тяжелых металлов на рост и развитие укропа сорта «Грибовский» 64
4.2 Влияние тяжелых металлов на рост и развитие салата сорта Латук 73
4.3 Влияние тяжелых металлов на рост и развитие редиса сорта «Ранний красный». 79
4.4 Влияние тяжелых металлов на рост и развитие яровой пшеницы сорта «Прохоровка» 84
ГЛАВА 5. Загрязнение тяжелыми металлами почвы, сахарной свеклы и картофеля на территории северо-западной части липецкой области . 88
Приложение 1 93
Приложение 2 98
Выводы 103
Список литературы 106
- Фульвокислоты почвы
- Методы исследований
- Комплексообразование токсичных металлов с ФК и ГК.
- Влияние тяжелых металлов на рост и развитие салата сорта Латук
Введение к работе
Актуальность. В связи с проблемами загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами (ТМ), многие из которых являются токсичными, органическое вещество почвы подвергается специфическим физико-химическим взаимодействиям с ними как на уровне гуминовых, так и фульвокислот. Почвы способны аккумулировать в гумусовом горизонте токсичные вещества, в том числе и за счет процессов комплексообразования. Изучение устойчивости таких соединений, их распределения по горизонтам в зависимости от типа почв, транслокации в системе почва-растение во многом определяют экологическую составляющую производимой сельскохозяйственной продукции. В связи с этим исследовали гуминовые и фульвокислоты чернозема среднесуглинистого северозападной части Липецкой области и миграцию свинца, кадмия в системе почва-растение укропа сорта «Грибовский», салата «Латук», редиса сорта «Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка», сахарной свеклы и картофеля с оценкой фитотоксичности почвы.
Цель работы: экологический мониторинг содержания тяжелых металлов в ряде сельскохозяйственных культур при выращивании на загрязненных почвах.
Задачи исследования:
-
Оценка влияния загрязнения почвы на рост и развитие укропа сорта «Грибовский», салата сорта «Латук», редиса сорта «Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка» соединениями свинца и кадмия, а также их смесью.
-
Определение фитотоксического эффекта, коэффициента биологического накопления разными частями растений из индивидуальных растворов РЬ и Cd, а также из их смеси.
-
Исследовать транслокацию ТМ в системе почва - корневая, надземная часть растений укропа, салата «Латук», редиса , яровой пшеницы, сахарной свеклы и картофеля.
-
Исследовать взаимодействие ионов ТМ с препаратами гуминовых кислот и определить их константы устойчивости.
-
Исследовать осадки сточных вод и их влияние на растения.
Научная новизна. Проведена идентификация фульвокислот физико-химическими методами. Установлен их элементный состав и вероятная структура, определено наличие нескольких типов кислотных групп и их количество. Выявлена комплексообразующая способность гуминовых и фульвокислот исследуемых почв по отношению к ионам свинца и кадмия и определены константы устойчивости. Определена динамика миграции ТМ в системе почва-растение укропа, салата, редиса, яровой пшеницы, сахарной свеклы и картофеля и фитотоксичности почвы.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Определено влияние тяжелых металлов (РЬ и Cd) и их смеси на рост и развитие укропа сорта «Грибовский», салата сорта «Латук», редиса сорта
«Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка», выращенных на почвах загрязненных этими металлами.
-
Определен фитотоксический эффект и коэффициенты биологического накопления разными частями растений из индивидуальных растворов РЬ и Cd, а также из их смеси.
-
Исследована транслокация ТМ в системе почва - корневая, надземная часть растений укропа, салата «Латук», сахарной свеклы и картофеля.
-
Проведен анализ процесса комплексообразования тяжелых металлов с препаратами гуминовых и фульвокислот почвы.
-
Исследованы осадки сточных вод с целью их использования для минерального удобрения и влияния на рост и развитие растений
Практическая значимость. Полученные результаты могут быть использованы для прогнозирования стабильности гумусового состояния почв чернозема выщелоченного среднесуглинистого, а также предсказания состояния иона ТМ (степени связывания, возможности комплексообразования и миграции), и его возможной транслокации в системе почва-растение, что имеет значение для экологической безопасности окружающей среды. Получены условные константы комплексов ТМ с ГК и ФК, которые определяют устойчивость экотоксикатов в почвах и класс их опасности, изучена фитотоксичность почвы (на примере растения укропа сорта «Грибовский», салата «Латук», редиса сорта «Ранний красный», яровая пшеница сорта «Прохоровка», сахарной свеклы и картофеля).
Апробация работы. Апробация работы. Основные положения и результаты работы доложены на Ежегодной научной практической конференции Агропромышленного института (г. Елец, 2015), IV-я Всероссийская конференция по экологическому образованию (г. Москва, 2015), Ежегодной научной практической конференции Агропромышленного института (г. Елец, 2014), Ежегодная научно-практическая конференция докторантов и аспирантов ЕГУ им. И.А.Бунина (г. Елец, 2013), Международной юбилейной научно-практической конференции «10 лет сельскохозяйственному факультету ЕГУ им. И.А.Бунина» (г. Елец, 2012), Научно- практической конференции Курского отделения МОО «Общество почвоведов имени В.В. Докучаева»(г. Курск, 2009), Международная научно-практическая конференция, посвященная 100-летию факультета агрономии, агрохимии и экологии Воронежского ГАУ «Глинковские чтения» (г. Воронеж, 2009), Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы реализации аграрной политики в Центрально-Черноземном регионе» ( г. Елец, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 - в изданиях, рекомендованных ВАК.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы (всего ПО источников, из них 10 на иностранном языке) и приложения. Работа изложена на 115 страницах, включает 21 таблицу, 37 рисунков
Фульвокислоты почвы
Токсичные вещества в почве Тяжелые металлы входят в число загрязняющих веществ, техногенного характера, которые присутствуют в почве, воде, воздухе и сельскохозяйственной продукции. По классификации Н.Реймерса, тяжелыми следует считать металлы с плотностью более 8 г/см3. Таким образом, к тяжелым металлам относятся Pb, Cu, Zn, Ni, Cd, Co, Sb, Sn, Bi, Hg. Почва является барьером на пути миграции ТМ в растения, животных и человека. Аккумуляция ТМ в почве затрудняет получение экологически чистой продукции. Важное значение имеют ТМ в почве, из-за различной по степени доступности для растений. Наиболее опасны легкодоступные формы ТМ. Наибольшей подвижностью ТМ обладают в кислых почвах, поскольку в кислой среде слаборастворимые окислы металлов и фосфаты переходят в ионную форму, легко усваиваемую растениями. Увеличение кислотности почвы на 1,8-2 единицы (диапазон измерения рН почвы составляет 4-6,5) приводит к увеличению подвижности ионов свинца в 3-6 раз, цинка в 3,8-5,4 раза, кадмия – в 4-8 раз, меди – в 2-3 раза, что в свою очередь ускоряет проникновение ионов ТМ в клетки растений. Особенно хорошо усваиваются растениями ТМ в легких песчаных малоплодородных почвах с кислой реакцией.
Миграционная подвижность ТМ в почвах зависит от рН среды и может снижаться (например, Fe, Mn, Zn, Co и другие) или возрастать. Молибден и хром, обладают высокой подвижностью в слабокислой и щелочной среде за счет образования солей. Такие металлы как ртуть и кадмий, высоко подвижны из-за соединения с органическим веществом почв.
Способность ТМ к миграционному перемещению определяется процессами адсорбции. Сорбция ТМ глинистыми минералами позволяет удерживать их за счет обменного и необменного поглощения. Почвы, с тяжелым механическим составом, имеют высокую адсорбирующую способность.
В зависимости от минералогического состава, изменяется адсорбирующая способность. Даже при одинаковом механическом составе емкость катионного обмена может различаться, и быть близко к каолинитам, или супесчаным и песчаным почвам. Поглощение ТМ илистой фракцией почвы, зависит от состава глинистых минералов. Ионы ТМ размером 0,052-0,093 нм (например, Zn, Mn , Cu , Ni, Co и Cr) внедряются вместо Al, Fe, и Mg в октаэдрах минералов и, наоборот, из-за больших размеров, свинец и кадмий не поглощаются глинами.
Миграция ТМ в почве находится во взаимосвязи валентностью металлов, и их окислительно-восстановительным потенциалом (ОВП) в почве. Изменение условий окисления-восстановления может приводить к образованию осадков металлов. Подвижность Fe и Mn увеличивается, так как они двухвалентны ионы по сравнению с трехвалентными. Цинк, медь, никель, кобальт и уран из-за выпадения в осадок малоподвижны в восстановительной среде. Аккумуляция ТМ зависит от природы органического вещества, а именно от соотношения гуминовых, фульво-, оксикарбоновых и других кислот. Амфотерность гумусовых кислот сказывается на подвижности ТМ в почвах. Активность фульвокислоты возрастает в почвах, затронутых процессами подзолообразования. За счет образования с тяжелыми металлами комплексов, растворимые в широком диапазоне рН и способных к миграции по профилю почв. С ГК из-за слабой растворимости в кислой среде образуются подвижные комплексы, которые накапливаются в гумусовом горизонте. Тяжелые металлы распределяются в профиле почв неравномерно. Их накопление, проявляющееся как в увеличении валового содержания, так и содержания подвижных форм, происходит в приповерхностном слое гумусового горизонта.
Из-за различной химической активности функциональных групп органические вещества по разному поглощают Cu, Zn, Pb, Mn. Они более реакци-онноспособны в отношении с ГК, чем с ФК. ГК и ФК хорошо связывают Cu и Pb, и меньше Fe и Mn.Кислотность среды определяет поглощение ТМ гуми-новыми кислотами и фульвокислотами, и сказывается на подвижности ме-таллорганических хелатных соединений.
Остановимся подробнее на поведении в почвах некоторых тяжелых металлов. Свинец. В сравнении с другими ТМ он менее подвижен, и подвижность снижается при известковании почв. Подвижность Pb обуславливается образованием комплексов с органическим веществом почв. В щелочных средах Pb присутствует в почве в виде гидроксида, фосфата, карбоната и метал-лохелатных комплексов.
Кадмий. Кадмий имеет высокую подвижность в кислых средах и доступность для растений. В почве кадмий образует комплексы и органические хелаты. Подвижность кадмия в почве зависит от среды и ОВП.
Загрязнение кадмием экологически опасно из-за аккумулятивного накопления в растениях даже при его содержании в почве меньше ПДК. Цинк. Подвижность цинка в почвах определяется составом дисперсности глинистых минералов, величиной рН. В щелочных средах цинк образует металлоорганические комплексы и поглощается почвой. Адсорбция ионов цинка межпакетными пространствами кристаллической решетки монтмориллонита приводит к потере подвижности. Цинкорганические соединения устойчивы и накапливаются в горизонтах почв с высоким содержанием гумуса и в торфе.
Медь. В химическом отношении Cu малоактивный металл, в почвах отличается малой миграцией при высоком содержании подвижной форм. Её подвижность зависит от состава и дисперсности материнской породы, кислотности, соотношения ГК и ФК. Cu в почве поглощается с оксидами железа, марганца, и их гидрооксидами в монтмориллонитоните, вермикулите. Гу-миновые и фульвокислоты образуют высокоустойчивые комплексы. растворимость комплексов меди зависит от рН.
Никель. Количество никеля в почвах определяется минералогическим составом почвообразующих пород. Оно максимально в почвах богатых органическим веществом. Подвижность никеля в почвенном профиле зависит от органического вещества, амфотерных оксидов и количества и дисперсности глинистой фракции [4, 11, 17, 38, 91, 94].
Методы исследований
В настоящее время производство сельскохозяйственной продукции ведется на землях, в разной степени загрязненных токсичными металлами, что оказывает негативное воздействие на производимые культуры, снижает количество и качество получаемой продукции. Практически все ТМ, попадая в почву, вступают в реакции комплексообразования с почвенным поглощающим комплексом, а именно с гуминовыми и фульвокислотами, что определяет их сорбционную и миграционную способность. Содержание в почве ТМ и сопряженная с этим транслокация их в растения зависит от многих факторов: вида растений, почвы, климатических условий и свойств самих токсикантов. ТМ могут быть токсичны как для самих растений, оказывая угнетающее влияние на их рост и развитие, так и для человека и животных, при проникновении токсикантов по пищевой цепи в пределах превышающих ПДК. Отметим, что органическая составляющая почв характеризуется наличием функциональных групп различной природы, которые в зависимости от места расположения в молекуле ГК или ФК могут быть полностью диссоциированы, слабодиссоциированы или вовсе не подвергаются диссоциации, так как основные полосы поглощения обусловлены как карбоксильными, фе-нольными группами так и и аминогруппами с разной степенью протониза-ции.
Поведение ТМ в почве определяется их кислотностью среды. При рН=7-9 образуются нерастворимые соединения: гидрооксидные, сульфидные, фосфатные, карбонатные, оксалатные. С ростом кислотности в почве образуются хорошо растворимые соединения с большей подвижностью, т.е их подвижность неоднозначна. ТМ такие как ртуть и кадмий сохраняют подвижны в щелочной среде из-за образования комплексных соединений с органическим веществом почвы.
Сорбция и адсорбция ТМ во многом определяется составом органо-минеральной миграции почвы и ее гранулометрическим составом. При увеличении рН почвы сорбция ТМ определяется их способностью образовывать растворимые и нерастворимые гидрооксиды, которые поглощаются оксидами и гидрокисдами Al, Fe, Mn. Органическое вещество определяет поведение ТМ в них и их миграционную доступность для растений. Имея высокую ка-тионнообменную способность, из-за наличия в его структуре карбоксильных и гидроксильных групп могут образовывать моно-, би- или полидентатные лиганды с разнообразными химическими свойствами и реакционной способностью. При рН 7 в реакциях обмена с металлами участвует водород карбоксильных групп, а при рН 7 – фенольных и спиртовых. Активно фиксируются ТМ с СООН- группами. При этом растворимость комплексов, и способность к связыванию определяется характером и количеством органического вещества. Результатами взаимодействия являются соли – гуматы и фульваты ТМ, комплексные и внутрикомплексные (хелатные) металлосо-держащие соединения. В зависимости от соотношения массовых долей органического вещества и металла. При равном соотношении количеств органического вещества и металла образуются растворимые комплексы с преимущественным образованием хелатных соединений. Отметим, что ГК и ФК при разной кислотности обнаруживают разное сродство к ТМ. Максимально медь связывается с ГК при рН 45, а ФК при 67. Комплексы ионов Fe, Cd, Ni, Mn c ГК растворяются в области при рН 39,5 и осаждаются при рН 1. Ор-ганокомплексы металлов связанные с ФК концентрируются в корнях растений. По данным [84] металлофульватные комплексы являясь водорастворимых органическими веществами, определяют миграцию ТМ и способность включения в трофические цепи экосистем. Следовательно, органические вещества различаются по способности к взаимодействию с ТМ, различны и свойства получаемых соединений.
Гумусовые кислоты – важнейшие природные комплексообразующие вещества. Они присутствуют повсюду, где происходит процессы биотрансформации органических остатков, образуя прочные соединения с ионами металлов. Различают разные по растворимости группы гумусовых кислот – фульво и гуминовые кислоты. ФК повышают миграционную способность ТМ в почве, а гуминовые представляют собой геохимический барьер. Взаимодействие ТМ с гумусовыми кислотами начало биоаккумуляции ТМ как в почве, так и в растениях. В настоящее время найдены количественные характеристики этих процессов и разрабатываются способы прогнозирования миграции биометаллов на загрязненных территориях. Почвы сложнейшая многокомпонентная система, в ней происходят сложные биофизико-химические процессы (гидролиз, образование комплексных соединений, фотохимическое и химическое окисление и т.д.) Возможно образование нескольких химических форм для каждого из ТМ, которые могут отличаться по токсичности, лабильности, доминированию. Роль гумусовых кислот определяет особенности их химического строения, так как в процессе гумификации появляются группировки, обладающие свойствами слабых кислот, которые при диссоциации дают ионы водорода и анионы, которые реагируя с положительно заряженными ионами ТМ, образуют комплексы металлов с гумусовыми кислотами. Отмечается, что концентрация ТМ в виде комплексов, значительно превышает концентрацию свободных ионов, что и определяет (комплексооб-разующая способность) процессы, происходящие в природной системе.
Миграционная способность ТМ в конкретных климатических ландшафтных условиях зависит от состава гумусовых кислот почв и определяется конкуренцией процессов комплексообразования ионов ТМ с фульво- и гу-миновыми кислотами. Металлы, удерживаемые гумусом, вовлекаются вместе с ним в процессы дальнейшей биохимической трансформации и транслокации в системе почва – растение.
Комплексообразование токсичных металлов с ФК и ГК.
Индустриальное производство, оказывая антропогенное воздействие на окружающую среду, обуславливает засорение воздуха, почвы и воды и изготавливаемой с/х продукции ядовитыми соединениями. Отметим, что тяжелые металлы, обладая накопительным эффектом как в с/х продукции, так и в организме человека, вызывают отрицательное влияние на здоровье человека. При производстве с/х продукции ведется в непосредственной близости от крупных магистральных дорог, сказывается влияние продуктов сжигания бензина, содержащего добавки свинца, которые со временем осаждаются как на лесозащитных полосах, так и на близлежащих к трассам территориям и составляют до 90% загрязняющих элементов в атмосферу [95]. Высокой токсичностью для живых организмов, в том числе лесных насаждений отличаются металлы, такие как кадмий, свинец, железо, цинк. Высокая токсичность техногенной перегрузки автомобильного транспорта обуславливает заболеваемость населения, вблизи районов с интенсивным автомобильным движением.
К воздействию отработанных газов автомобильного транспорта лесные насаждения наиболее восприимчивы. Стрессовое воздействие токсикантов на лесные насаждения снижают их способность к самовозобновлению, понижают продуктивностью и жизненный цикл отличается значительной степенью гибели насаждений [25]. Площадь поврежденных лесных насаждений вдоль автомобильных дорог очень велика и составляет миллионы гектаров в промышленно-развитых странах мирах, причем отмечается, что наиболее сильно повреждены хвойные породы деревьев, поэтому их используют в качестве биофакторов воздействия ТМ отработвнных газов автомобильного транспорта на лесные сообщества.
Почва как природный буфер, связывает токсиканты, накапливая тяжелые металлы, которые впоследствии поглощаются с/х и лесными растениями. Состояние лесных насаждений и с/х культур зависит от количества фито-токсикантов в почве. В исследованиях определяли валовые, подвижные формы тяжелых металлов в почвенных образцах придорожного пространства автомагистрали Ростов на Дону - Москва и выявляли степень воздействия загрязненной среды на прилегающие лесные и с/х культуры.
Определялись тяжелые металлы в почвах лесных и с/х культурах п атомно-абсорбционным методом на спектрометре «Спектр-5» согласно методик, а подвижные в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН=4,8. Цель работы состояла в оценке влияния ТМ отработавших газов автомобильного транспорта на с/х и лесные сообщества и фитотоксикантов на устойчивость, продуктивность растений на придорожных сельхозугодиях.
Тяжелые металлы определялись на участке площадью 16 га, расположенном в лесостепной зоне Липецкой области, прилегающем к трассе Ростов на Дону – Москва. В почве участка чернозема выщелоченного тяжелосуглинистого отбирались пробы на расстоянии 10-30, 30-50, 50-300 и 300-400м от дороги. Одна смешанная проба составлялась из 8 точечных образцов, отобранных с глубины 0-10 и 10-20 см, определяли содержание в почве валовые и подвижные формы таких металлов, как кадмий, свинец, никель, марганец, медь и цинк. Валовое содержание тяжелых металлов, после извлечения из почвы кипячением в кислоте их подвижные формы, после извлечения из почвы ацетатно-аммонийным буфером с рН 4,8, определяли с помощью атомно-абсорбционного спектрофотометра «Спектр-5,4» как среднее по трем пробам.
Установлено, что концентрация подвижных и валовых форм ТМ в почве с расстоянием от автодороги незначительно изменяется. Наблюдаются небольшие изменения концентрации по всем элементам с тенденцией к уменьшению их содержания с удалением от автомагистрали. У всех элементов нет превышения предельно допустимых концентраций, которые находятся в пределах фонового значения и ниже (табл.1, 2).
Таким образом, тяжелые металлы (свинец, никель) концентрируются в почве на расстоянии от автодорог в пределах от 30 до 50 метров. Увеличение удалённости от полотна автодороги уменьшает концентрацию подвижных форм ТМ в верхнем слое почвы, а валовое содержание практически не изменяется. У марганца наблюдается увеличение концентрации и на более дальних расстояниях. Отметим, что превышения ПДК ТМ на территории исследуемого участка не обнаружено.
Тенденция снижения концентрации подвижных форм ТМ при удалении от трассы и особенно в лесном массиве наблюдается в разы. При анализе санитарного состояния соснового леса установлена сильная зависимость от антропогенного воздействия, так как около 5% от их площади находятся на 4 стадии дигрессии с почвы утраченной способность к самовосстановлению, около 20% территории к 3-ей, остальные ко 2 стадии дигрессии.
Таким образом, высокое содержание токсичных металлов приводит к деградации близлежащих сосновых насаждений, поскольку они служат основным барьером их поглощения из атмосферы и снежного покрова, оберегая прилегающие почвы с/х угодий в какой-то мере, за счет уменьшения их содержания. Результаты анализа зерна пивоваренного сорта «Скарлетт» (урожая 2010 года) выращенного в придорожной зоне показали, что содержание в нем токсичных металлов остается в норме (таблица 3).
Хвойные насаждения уменьшают содержание тяжелых металлов в зерне ячменя ниже ПДК, не вызывая ухудшения его качества. Таким образом, лесозащитные полосы, не дают распространяться ТМ на значительные расстояния сельхозугодий, аккумулируют их в лесных насаждениях, тем самым положительно влияя на качество с/х продукции из-за уменьшения в них содержания токсичных элементов [59].
Влияние тяжелых металлов на рост и развитие салата сорта Латук
Антропогенная деятельность человека приводит к загрязнению почв вокруг промышленных центров из-за выбросов широкого ряда экотоксикантов и в том числе тяжелых металлов, которые аккумулируются в почве под действием атмосферных осадков. Значительное количество кадмия оседает в верхних горизонтах почв. Биоциды и удобрения могут служить источником поступления ТМ в почву, так как они входят в их состав как примесь. Загрязнение почв ведет к их деградации, т.к. уменьшить их валовое содержание весьма проблематично, в основном, пытаются ограничить их подвижность. Отметим, что биологическая роль ТМ в почве может изменяться от микроэлементов, необходимых для роста и развития растений до ингибиторов при опасных концентрациях, когда растения не растут. Перераспределение ТМ в системе почва-вода-растение приводит к тому, что они рано или поздно попадают в организм человека и из-за способности аккумулироваться в нем привести к отравлению человека или хроническим болезням. Цель исследований дать количественную оценку фитотоксичности почв, загрязненной соединениями кадмия на примере редиса. Как отмечалось ранее, валовое, подвижное содержание ТМ определялось атомно абсорбционным методом, согласно методике работы, на приборе «Спектр-5».
Исследования проводились в агрохимической лаборатории агропромышленного института ЕГУ. В пластмассовых емкостях рассада редиса после ее укоренения поливалась водным раствором нитрата свинца, чтобы ее содержание достигало 0,5; 1; 2; 3; 5; 8; 10. ПДК кадмия в почве (ПДК=0,5 мг\кг). Влияние нитрат ионов на развитие растений нивелировалось проведением контрольного опыта, где редис поливали нитратом натрия с содержанием в почве, аналогичном тому, которое вносилось при внесении кадмия от 0,5 до 10 ПДК. Дальнейшие исследования проводились при сопоставлении с контрольной пробой, где растения редиса выращивались без кадмия. В течении срока выращивания проводились фенологические наблюдения за биологическими особенностями роста растений по мере увеличения концентрации ТМ в почве вплоть до наступления момента депрессии продукционного процесса. Далее редис выкапывали, удаляли землю, высушивали на воздухе и взвешивали. После высушивания отделяли наземную часть от подземной и исследовали на содержание кадмия в них, в зависимости от вариации его концентрации в почве.
Цель работы состоит в количественной оценке закономерностей транслокации кадмия в системе почва-растения редиса сорта «Ранний красный». Исследования проводились на черноземе, выщелоченном с кислотностью около 6 единиц и содержанием гумуса в пахотном слое 4,8%. Между содержанием валовых и подвижных форм кадмия в почве установлена следующая взаимосвязь (табл. 4.3).
В вытяжку ацетатно-аммонийного раствора на смоделированных уровнях загрязнения переходило примерно 40-50% кадмия от его валового содержания. Изучаемые в опыте концентрации кадмия в почве не оказали достоверного влияния на урожайность редиса. Во всех емкостях с загрязненной почвой растения редиса не отставали в росте по сравнению с контрольной пробой. В емкостях с максимальным содержанием кадмия 10 ПДК редис не отличался в конце эксперимента от контрольного растения и имел с ним одинаковую массу. Проведенные эксперименты показали, что кадмий при содержании в почве в интервале от 0,5 до 10 ПДК не влияет на биомассу редиса, т.к. нет ее прироста или убыли. Установлено, что с увеличением уровня загрязнения почвы кадмием не уменьшается масса не только корневой системы, но и наземной части (ботвы редиса), т.е. корнеплоды и ботва редиса толерантны к загрязнению кадмием. Если характеризовать устойчивость редиса к воздействию кадмия таким показателем, как фитотоксический эффект, т.е. по убыли биомассы редиса относительно контрольного растения, то можно заключить, что он равен нулю во всем интервале загрязнения кадмием как у корнеплодов, так и ботвы. Остается установить поступает ли кадмий в вегетативную массу редиса или нет. Растения редиса могут обладать биологической особенностью, противостоять поступлению кадмия в подземную и наземную часть растения за счет понижения проницаемости мембран клетки, путем депонирования в нерастворимых формах в органах растения. Ответ на этот вопрос можно получить, анализируя способность миграции кадмия из почвы в корнеплоды и ботву растения, оценивая количественно его концентрацию в сухой массе (табл.4.4) или по коэффициенту фитотоксичности. Из табл.3.2 видно, что транслокационная способность кадмия во всем интервале загрязнений высока как в ботве, так и корнеплодах редиса и увеличивается с увеличением его уровня «загрязненности» (концентрация кадмия) там и там возрастает. Из анализа табл.4.4 следует, что растения редиса не способны противостоять поступлению кадмия.
Числитель-корнеплоды, знаменатель-ботва редиса С увеличением концентрации кадмия в почве возрастает концентрация этого токсиканта в равной мере в корнеплодах и ботве редиса. Из анализа рис.4.18 следует, что максимальный фитотоксический эффект наблюдается при ПДК в почве от 0,5 до 5 единиц, хотя токсического воздействия на единицу прироста биомассы редиса не наблюдается.