Введение к работе
Актуальность темы. В результате хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды различными химическими соединениями. Тяжелые металлы (ТМ) относятся к числу наиболее опасных загрязнителей атмосферного воздуха, почвы, воды, растительности, а в дальнейшем - животных и человека. За последние 10 лет в ряде регионов РФ наблюдается увеличение загрязнения почв ТМ в 2-3 раза (Государственный доклад О состоянии и об охране…, 2011). Интенсивный рост автомобилизации населения как в городской черте, так и вокруг городских агломераций приводит к усилению антропогенного пресса на почвы придорожных территорий. Использование техники для обработки почвы, применение удобрений и химикатов могут способствовать обогащению пахотных почв ТМ (Копцик Г.Н., Лукина Н.В., Смирнова И.Е., 2007; Плеханова И.О., Бамбушева В.А., 2009; Еськов Е.К., Еськова М.Д., 2013). ТМ аккумулируются в верхних горизонтах почв, включаются в биогеохимические процессы, концентрируются в отдельных звеньях трофических цепочек и практически не выводятся из экосистем (Лаврентьева Г.В., Круглов С.В., Анисимов В.С., 2008). В отдельные периоды концентрации ТМ могут превышать ПДК в почвах и растениях. Таким образом, знание сезонной динамики ТМ позволяет установить оптимальные сроки отбора проб при проведении мониторинга окружающей среды.
Степень разработанности темы. В настоящее время содержанию ТМ в почве уделяется большое внимание. В научной литературе представлено много сведений о содержании ТМ в различных типах почв. Однако данные по содержанию и поведению свинца и кадмия в почве неоднозначны, характеризуются различными методологическими подходами. Отсутствуют данные по сезонной динамике как кислоторастворимых, так и подвижных соединений элементов. Особенно важен вопрос содержания подвижных соединений элементов и их распределения в профиле почв, т.к. именно концентрация подвижных соединений ТМ может в первую очередь сигнализировать о начале процесса загрязнения. Известно, что в почвах с повышенной кислотностью подвижность ТМ и доступность их растениям увеличивается. Для Кировской области, где большую территорию занимают почвы с высокой кислотностью данная проблема актуальна (Шихова Л.Н, Егошина Т.Л., 2004; Государственный доклад О состоянии окружающей природной среды…, 2012).
Целью работы является изучение закономерностей изменения содержания подвижных и кислоторастворимых соединений тяжелых металлов (Pb, Cd) в лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах в течение вегетационного периода, а также особенностей их профильного распределения.
Задачи:
-
Изучить содержание подвижных и кислоторастворимых соединений свинца и кадмия в лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах.
-
Проследить изменение содержания подвижных и кислоторастворимых соединений свинца и кадмия в генетических горизонтах профилей лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почв.
-
Проследить динамику и сравнить содержание подвижных и кислоторастворимых соединений свинца и кадмия в лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах в течение вегетационных периодов в зависимости от сформировавшихся гидротермических условий года.
-
Оценить запасы подвижных и кислоторастворимых соединений свинца и кадмия в лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой и почвах.
Научная новизна. Впервые изучена сезонная и профильная динамика подвижных и кислоторастворимых соединений свинца и кадмия, оценены их запасы в генетических горизонтах лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах Кировской области в течение вегетационных периодов двух лет. Изучалось влияние почвенных факторов, погодно-климатических условий на сезонную динамику соединений свинца и кадмия в почве.
Теоретическая и практическая значимость. Полученные результаты углубляют теоретические знания о содержании и распределении свинца и кадмия в подзолистых и дерново-подзолистых почвах Кировской области, расширяют данные экологического мониторинга состояния почв Кировской области, позволяют обосновать рациональные приемы использования почв, прогнозировать изменения содержания подвижных соединений свинца и кадмия во времени при антропогенном влиянии.
Методология и методы исследования. Отбор проб и их подготовку к анализу проводили в соответствии с ГОСТами: ГОСТ 17.4.3.01-83 «Почвы. Общие требования к отбору почв» и ГОСТ 17.4.4.02-84 «Почвы. Методы отбора и подготовки почв для химического, бактериологического, гельминтологического анализа». При выполнении лабораторных анализов использованы общепринятые методики. Содержание подвижных микроэлементов определяли в ацетатно-аммонийном буферном растворе с рН 4,8, кислоторастворимые соединения элементов – в 1 М азотной кислоте при соотношении почва:раствор 1:10, методом атомно-абсорбционной спектрофотометрии (Аринушкина Е.В., 1970; Методические указания по определению микроэлементов, 1995; Практикум по агрохимии, 2001).
Положения, выносимые на защиту:
-
В лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах содержание соединений свинца и кадмия существенно варьирует: содержание кислоторастворимых соединений свинца составляет 0,216-23,7 и 0,32-10,33 мг/кг, содержание подвижных соединений свинца составляет 0,16-7,44 и 0,025-0,942 мг/кг, соответственно; содержание кислоторастворимых соединений кадмия составляет 0,015-0,153 и 0,007-0,082 мг/кг, содержание подвижных соединений кадмия составляет 0,002-0,047 и менее 0,0001-0,001 мг/кг, соответственно.
-
Для кислоторастворимых соединений свинца и кадмия характерно биогенно-аккумулятивное распределение в профилях лесной подзолистой и дерново-подзолистой почв. Профильное распределение подвижных соединений элементов обладает менее четкими закономерностями и может иметь как биогенно-аккумулятивный характер распределения в профиле почв, так и элювиально-иллювиальный, в зависимости от гидротермических условий года.
-
В течение вегетационного периода содержание кислоторастворимых соединений свинца и кадмия в лесной подзолистой и пахотной дерново-подзолистой почвах изменяется значительно меньше, чем содержание их подвижных соединений. Максимальное содержание кислоторастворимых и подвижных соединений элементов отмечается весной и осенью, возможно увеличение содержания подвижных соединений свинца и кадмия в середине лета.
-
Запасы кислоторастворимых соединений свинца в подзолистых и дерново-подзолистых почвах достигает 90,12-26,97 кг/га, подвижных соединений свинца - 33,02-3,97 кг/га, соответственно, и в зависимости от гидротермических условий года могут изменяться в 1,5-2,0 раза. Запасы кислоторастворимых соединений кадмия в подзолистой и дерново-подзолистой почвах достигают 0,466-1,5 кг/га, подвижных соединений кадмия - 0,2-0,061 кг/га, соответственно, и могут изменяться от гидротермических условий года в 3,4-8,4 раза.
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается использованием общепринятых в почвоведении методов отбора и анализа проб и использованием методов статистической обработки данных (дисперсионного и корреляционного анализов).
Основные положения диссертационной работы обсуждались на конференциях: «Науке нового века - знания молодых» (Киров, 2010); «Почвы в условиях природных и антропогенных стрессов» (СПб., 2011); «Почва как природная биогеомембрана» (СПб., 2012); «Законы почвоведения: новые вызовы» (СПб., 2013). Всего по теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых журналах.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 219 листах, состоит из введения, 5 глав, выводов. Работа проиллюстрирована 17 таблицами и 94 рисунками. Список использованной литературы включает 166 наименований, в том числе 12 иностранных авторов.
Личный вклад автора. Выполнение данной работы на каждом этапе (закладка и морфологическое описание почвенных разрезов, отбор почвенных образцов, пробоподготовка и химико-аналитические работы, проведение модельных опытов, математическая и статистическая обработка полученных данных) проводилась как лично автором, так и при его непосредственном участии.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за помощь, оказанную при проведении исследований коллективу лаборатории отдела ЭУР ГНУ НИИСХ Северо-Востока Россельхозакадемии. Выражаю особую признательность научному руководителю д.с.-х.н. Л.Н. Шиховой, зав. отделом ЭУР, д.б.н. Е.М. Лисицыну за оказанное внимание и помощь в ходе экспериментальных работ, советы и критические замечания при подготовке диссертационной работы, а также м.н.с. отдела ЭУР О.А. Зубковой за помощь в проведении химико-аналитических работ и предоставленные данные.
