Введение к работе
Актуальность исследования. Необходимость оценки устойчивости почв к различным антропогенным воздействиям, обусловленная осложняющейся экологической ситуацией, приобретает в последнее время все большую актуальность. Особую опасность представляют тяжелые металлы (ТМ). Медь относится к числу приоритетных загрязнителей Семипалатинского Прииртышья. На территории региона находятся несколько разрабатываемых месторождений полиметаллических руд и ряд промышленных горнодобывающих и перерабатывающих предприятий, выбрасывающих в окружающую среду большие количества соединений меди. Кроме того, при систематическом применении в сельском хозяйстве различных средств химизации может происходить накопление в почвах ионов меди, содержащихся в удобрениях и мелиорантах в качестве примесей, что также увеличивает экологическую на-і-рузку в системе "почва-растение".
Проблема меди имеет важный экологический аспект. Медь относится к ТМ II класса опасности. Ее соединения в повышенных концентрациях оказывают вредное воздействие на экосистемы, т.к. обладают высокой токсичностью. В то же время медь является одним из важнейших микроэлементов и участвует в регулировании ряда обменных процессов живых организмов.
К числу важнейших процессов, контролирующих миграционную способность ТМ в системе почва-растение, относятся процессы адсорбции, поэтому изучение адсорбционных свойств почв при различном уровне техногенного воздействия - серьезная задача почвенной экологии, важная в научном и практическом аспекте. Ее решение позволяет оценивать и прогнозировать экологическое состояние почвенного покрова, разрабатывать мероприятия по снижению или ликвидации токсико-экологических последствий загрязнения.
Адсорбционная способность почв по отношению к меди зависит от их физико-химического состава, содержания гумуса и карбонатов, рН среды, ЕКО. Агрохими-каты также изменяют подвижность меди в почвах, поэтому весьма актуальным является изучение их влияния на адсорбционные процессы.
Учитывая то, что полностью отсутствуют экспериментальные данные по адсорбции меди почвами Казахстана, изучение адсорбционной способности почв Семипалатинского Прииртышья Республики Казахстан и экологическая оценка их устойчивости к загрязнению медью являются весьма актуальными.
Цель исследования. Исследовать процессы адсорбции меди основными типами почв Семипалатинского Прииртышья в^ависимости от временного фактора, рН реагирующих с почвой растворов, присутствия в растворе ионов других ТМ, физико-химической характеристики почв, природы вносимых в почву соединений меди, исходной концентрации растворов и влияния различных видов и доз минеральных и органических удобрений и цеолитов.
Задачи исследования:
Исследовать физико-химические свойства почв.
Изучить процессы адсорбции меди почвами в зависимости от:
временного фактора;
рН реагирующих с почвой растворов;
наличия в растворе ионов других ТМ;
физико-химической характеристики почв;
природы вносимых в почву соединений меди;
исходной концентрации меди в растворах.
Выяснить эффективность действия на адсорбционную способность почв различных видов и доз минеральных и органических удобрений и цеолитов. ,
Оценить экологическую устойчивость почв к загрязнению медью.
1 РОС
ІАЦИаНАЛЬНЛЯ ИБЛНОТЕК* СПетч*»г 42 I/.
"-»
Научная новизна работы. Впервые исследованы процессы адсорбции меди основными типами почв Семипалатинского Прииртышья Республики Казахстан в зависимости от ряда внешних и внутренних факторов. Научная новизна работы заключается в определении:
адсорбционной способности наиболее распространенных почв Семипалатинского Прииртышья;
взаимосвязи между количеством адсорбированной меди и рН реагирующих с почвой растворов;
динамики адсорбционного процесса и скорости поглощения меди почвами;
различий в протекании адсорбционных процессов при моно- и полиэлементом загрязнении;
зависимости процессов адсорбции меди от основных физико-химических свойств почв;
влияния на количество поглощенной меди природы вносимых соединений и исходной концентрации растворов;
потенциальной буферной способности, максимальной адсорбционной емкости и прочности связи меди в почвах.
На основе полученных данных впервые проведена оценка экологической устойчивости исследуемых почв, в ходе которой выявлено, что наиболее устойчивыми к загрязнению медью являются черноземы сегрегационные, наименее устойчивыми - каштановые супесчаные почвы; полиэлементное загрязнение почв более опасно, чем моноэлементное; попадание в почву меди в сульфатной форме представляет меньший экологический риск по сравнению с нитратной формой.
Впервые исследовано влияние различных видов и доз минеральных и органических удобрений и цеолитов на процессы адсорбции меди. Азотные, калийные и сложные удобрения в различной степени снижают адсорбционную способность почв и их экологическую устойчивость к загрязнению медью, органические удобрения и цеолиты - повышают, фосфорные - оказывают двойственное влияние. На основе эффективности их действия предложены способы снижения фитотоксичности меди в почвах.
Практическая значимость работы. Изучение процессов адсорбции меди разными по свойствам почвами позволяет оценить потенциальную опасность их загрязнения медью в условиях конкретной природно-климатической зоны. Полученные сведения будут полезными при оценке воздействия техногенных выбросов на экологическую обстановку, для дозировки антропогенной нагрузки на сельскохозяйственные угодья, при разработке практических рекомендаций по уменьшению токсического действия меди и для других целей. Результаты работы могут найти практическое применение при'решении экологических проблем, связанных с аккумуляцией меди в педосфере, при прогнозировании поступления меди из почвы в сопредельные среды, в системах нормирования, комплексах защитных мер по деток-сикации почв и снижению загрязнения сельскохозяйственной продукции.
Результаты работы используются в учебном процессе университета на факультете естественных наук при чтении лекций по дисциплинам «Тяжелые металлы и окружающая среда», «Химическая экология» и «Экология почв» для студентов специальностей «Экология», «Химия», «Биология».
Апробация работы. Основные положения диссертации были доложены на Республиканской научно-практической конференции "Человек и природная среда" (Темиртау, 2000), Республиканской научно-практической конференции "Научные и практические проблемы агроэкологии и сельского хозяйства в Приаралье" (Кызы-лорда, 2000), Международной конференции "География и природопользование в современном мире" (Барнаул, 2001), V Международном научном симпозиуме им. ака-
демика М.А. Усова студентов, аспирантов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр" (Томск, 2001), III Международном совещании, посвященном 10-летию НИИ Геохимии биосферы "Геохимия биосферы" (Новороссийск, 2001), Международной научно-практической конференции "Химия: наука, образование, промышленность. Возможности и перспективы развития" (Павлодар, 2001), I и II Международных научно-практических конференциях "Тяжелые металлы, радионуклиды и элементы-биофилы в окружающей среде" (Семипалатинск, 2001, 2002), Международной научно-практической конференции аспирантов, студентов и молодых ученых "Наука и образование - проблемы и перспективы" (Бийск, 2002), Международной научно-практической конференции "Естественно-гуманитарные науки и их роль в подготовке инженерных кадров" (Алматы, 2002), Международной научно-практической конференции, посвященной 30-летию КарГУ им. Е.А. Букетова "Теоретическая и экспериментальная химия" (Караганда, 2002), Международной научной конференции "Геоэкологические проблемы почвоведения и оценки земель" (Томск, 2002), Международной научно-практической конференции, посвященной 30-летию КарГУ им. Е.А. Букетова и Году Здоровья "Актуальные проблемы экологии" (Караганда, 2002), II Российско-монгольской научной конференции молодых ученых и студентов "Алтай: экология и природопользование" (Бийск, 2003), IV Российской Биогеохимической Школе "Геохимическая экология и биогеохимическое изучение таксонов биосферы" (Москва, 2003).
Публикация результатов исследования. Материалы диссертации изложены в 16 публикациях в сборниках материалов конференций и одной статье в журнале "Поиск".
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 139 страницах, включает 24 таблицы и 29 рисунков. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов и предложений. Список литературы включает 270 источников, в том числе 82 на иностранных языках.
