Главная Коллекция "Otherreferats" Сельское, лесное хозяйство и землепользование Комплексная оценка фиторемедиационной способности ряда сельскохозяйственных культур для восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв

Комплексная оценка фиторемедиационной способности ряда сельскохозяйственных культур для восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв

Химический анализ почвенного и растительного покрова - основная часть биогеохимических исследований агроэкосистем. Характеристика фиторемедиационных способностей сельскохозяйственных культур. Методика расчета коэффициента биологического поглощения.

Рубрика Сельское, лесное хозяйство и землепользование
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 17.02.2021
Размер файла 321,9 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Комплексная оценка фиторемедиационной способности ряда сельскохозяйственных культур для восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв

Введение

Объект исследования: технические культуры рапса, проса и льна в процессе роста на почвах, загрязненных свинцом и кадмием.

Целью настоящего проекта является изучение возможности использования сельскохозяйственных культур в условиях загрязнения почв тяжелыми металлами в качестве фитоэкстрактора или фитостабилизатора.

В процессе работы применен методрентгенофлуоресцентного анализа (РФА), который позволяет анализировать содержание различных химических элементов от серы до урана в образцах различной природы (почвы, растений). Данный метод позволяет проводить анализ образцов без сложной и длительной пробоподготовки за одно измерение.

В ходе работы были составлены модельные системы по тяжелым металлам (ТМ) «почва-свинец», «почва-кадмий», «почва-кадмий-свинец» в пределах 1 ПДК и 2-3 ПДК для выращивания рапса, проса и льна. Также были определены валовые концентрации химических элементов в созданных модельных системах до выращивания культур.

В результате выполнения работы предложен один из возможных путей удаления тяжелых металлов из загрязненных почв, контроля экологической безопасности почвенного покрова, а также возможность оценки фиторемедиационной способности растений.

Представлена количественная оценка содержания микро- и макроэлементов в дерново-подзолистой почве, а также в модельных композициях на ее основе. Проведены стендовые исследования по выращиванию ярового рапса, проса и льна на предложенных смесях. Показано, что различные концентрации кадмия и свинца оказывают различное влияние на всхожесть семян и динамику роста растений. Увеличение концентрации тяжелых металлов в почве снижает процент всхожести семян. Всхожесть семян на чистой дерново-подзолистой почве самая высокая - 80 %. Проведена оценка степени экологической безопасности почв до и после выращивания ярового рапса, проса и льна. В некоторых случаях выращивание технического рапса, льна и проса позволило снизить суммарный показатель загрязнения почвы в 3,1 раза. Показано, что при выращиваниитехнических культурметаллы интенсивно поглощаются и в значительной степени накапливаются в надземных органах растений, после уборки фитомассызначительно снижается уровень опасности загрязнения почвы. Таким образом, вынос химических элементов из почвы с техническими культурами способствует ее самоочищению.

Зарегистрирован информационный ресурс «Сельскохозяйственные культуры для восстановления загрязненных тяжелыми металлами почв» в научно-инженерном республиканском унитарном предприятии «Институт прикладных программных систем». Регистрационное свидетельство № 4341815691 от 04.06.2018.

Полученные результаты исследования дадут возможность расширить спектр оптимальных культур для фиторемедиации почв, загрязненных свинцом и кадмием.

Важную барьерную роль на пути миграции химических элементов, кроме почвенного покрова, выполняют различные с/х культуры и растения. Растительный покров, накапливая в своих органах полютанты, выводит избыточные массы металлов из миграционного потока в депонирующие среды. Поэтому химический анализ почвенного и растительного покрова является основной частью биогеохимических исследований агроэкосистем. Создание устойчивых агросоциокомплексов предполагает получение качественной сельскохозяйственной продукции при условии минимизации антропогенного воздействия на окружающую природную среду, и прежде всего - почву, на которую значительную антропогенную нагрузку оказывает загрязнение тяжелыми металлами. Все это позволит создать условия для безопасной жизнедеятельности и строго регламентировать выращивание с/х культур разного назначения, а также проводить работы по дезактивации почв ипослужит основой для биомониторинга и фиторемедиации нарушенных экосистем.

Интенсификация промышленного и сельскохозяйственного производства, развитие транспорта и активизация добычи полезных ископаемых неизбежно приводят к загрязнению природных экосистем тяжелыми металлами. При этом одним из основных объектов загрязнения является почва. В результате загрязнения снижается качество почв и ценность сельскохозяйственных угодий. Одним из наиболее серьезных аспектов этой проблемы является то, что поступившие в почву тяжелые металлы и продукты их трансформации поглощаются растениями и накапливаются в них в концентрациях, опасных для здоровья человека и животных.

В настоящее время в индустриально развитых странах активно развиваются экономичные и мягкие технологии ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами, в основе которых лежит способность специально подобранных видов высших растений и ассоциированной с ними микробиоты поглощать и аккумулировать в своей биомассе тяжелые металлы в количествах, значительно превышающих их содержание в среде произрастания.

Впоследствии загрязненная биомасса удаляется и утилизируется. В настоящее время в мире идентифицировано около 400 видов растений-гипераккумуляторов различных металлов из 22 семейств, использование которых в качестве фиторемедиантов вызывает у исследователей большой интерес.

В области фиторемедиации работают научные коллективы во многих странах мира, в том числе России. В работахЧерных H.A., Минеева В.Г., Буравцева В.Н., Крыловой Н.П., Постникова Д.А., Мальцева В.Г., Павловской В.А., Brooks R., Ghosh М. и др. изложены основы фиторемедиации и изучена фиторемедиационная способность ряда растений. Вместе с тем, при изучении процессов фиторемедиации затрагивается большой круг вопросов, касающихся поведения тяжелых металлов в системе почва-растение, что усиливает актуальность исследований по данной тематике[1-10].

Таким образом, предложенная тематика является актуальной и вписывается в международные тенденции охраны окружающей среды.

1. Литературный обзор

1.1 Почва как депонирующая среда техногенных загрязнителей

Почва-это весьма специфический компонент биосферы, поскольку она не только геохимически аккумулирует компоненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, контролирующий перенос химических элементов и соединений в атмосферу, гидросферу и живое вещество. Микроэлементы, поступающие из различных источников, попадают в конечном итоге на поверхность почвы, и их дальнейшая судьба зависит от ее химических и физических свойств. Продолжительность пребывания загрязняющих компонентов в почвах гораздо больше, чем в других частях биосферы. Хорошо известна глобально-экологическая роль почвы как природного фильтра для разного рода техногенных загрязнителей, среди которых особое место занимают тяжелые металлы (Аржанова, 1977; Алексеев, 1987; Ильин, 1991). Почвы, в силу своих природных свойств, способны накапливать значительные количества загрязняющих веществ[11-12]. Известно большое число примеров прямых антропогенных, а также опосредованных человеком воздействий окружающей среды на почву, способствующих ее загрязнению. Будучи частью всех наземных экосистем, почва активно участвует во многих важных процессах преобразования веществ. Когда происходит количественное изменение долгое время державшихся на одном уровне факторов окружающей среды или вступают в действие совершенно новые экологические факторы, влияющие на почву, могут возникнуть нагрузки, которые нанесут вред почвенным организмам или даже изменят систему ценотических взаимоотношений между ними. Загрязняющие вещества по опасности делятся на классы: I класс (высоко опасные) - As, Cd, Hg, Se, Pb, F, бенз(а)пирен, Zn; II класс (умеренно опасные) - B, Co, Ni, Mo, Cu, Sb, Cr; III класс (мало опасные) - Ba, V, W, Mn, Sr, ацетофенон. Загрязнение почвы вызывается различными по масштабу и по территориальному размаху явлениями, среди которых:

– широкомасштабное территориальное (глобальное) загрязнение почвы, вызываемое совокупностью большого числа отдельных источников, не поддающихся более детальной идентификации

– территориально ограниченное загрязнение, причиной которого является в большинстве случаев более или менее известное небольшое число ограниченных по своему территориальному влиянию источников

– локальное узкоограниченное загрязнение почвы с кратко- или долговременным воздействием на отдельные организмы и экосистемы [13-19].

1.2 Фиторемедиационные способности сельскохозяйственных культур

Ранее проведена оценка фиторемедиационной способности зерновых культур (овес, яровой и озимый ячмень, озимая пшеница, тритикале, просо) к загрязнению почвы тяжелыми металлами по коэффициентам биологического поглощения и транслокации. Установлено, что только просо можно использовать для фитостабилизации почвы.

Кроме того, остается актуальным вопросом пригодность выбранной территории для безопасной жизнедеятельности населения, ведь, например, в Украине под обустройство агросоциокомплексов, как правило, отводят земли подверженные сильному антропогенному воздействию с уровнем техногенной нагрузки по тяжелым металлам в 1,5-3,0 ПДК, что соответствует слабому и среднему уровням загрязнения по В.Б. Ильину (1995). Поэтому возникает необходимость в подборе сельскохозяйственных культур устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами. Следует отметить, что в условиях низкого и среднего уровня загрязнения важное значение приобретает фитостабилизация - выращивание культур, которые не выносят токсиканты из почвы и, соответственно, не накапливают их в своей биомассе. При высоком уровне загрязнения используют фитоэкстракцию - очистку почвы за счет поглощения катионов тяжелых металлов корневой системой с последующим накоплением их в надземной части растений. Наиболее перспективными фитоэкстракторами будут являться растения с высокими значениями коэффициентов биологического поглощения и транслокации, а также базипетальным распределением химических элементов по органам, в то время как основным требованием фитостабилизации является акропетальное распределение токсикантов, что при наличии высокого геохимического барьера и защитных механизмов самого растения позволит получатькачественную продукцию растениеводства, соответствующую санитарно-гигиеническим нормам с содержанием тяжелых металлов в товарной части впределах ПДК. Однако, известно, что степень толерантности к тяжелым металлам сильно варьирует не только у разных сельскохозяйственных культур, но даже по сортам в пределах отдельно взятой культуры.

Анализ фиторемедиационной способности по отношению к тяжелым металлам был проведен у зерновых (овес, яровой и озимый ячмень, озимая пшеница, тритикале, просо), как наиболее распространенных культур. Микрополевые опыты проводили в пятипольном зернопаропропашном севообороте с уровнем техногенной нагрузки в 5 ПДК по Cd, Pb и Zn, которые вносили в почву в виде водных растворов нитратных солей весной под предпосевную культивацию. Также в различных регионах проводилась оценка способности к фиторемедиации рапса [20-34].

1.3 Коэффициент биологического поглощения

Для оценки фиторемедиационного потенциала сельскохозяйственных культур определяли коэффициент биологического поглощения, который рассчитывали, как отношение содержания тяжелого металла в растении к его валовому содержанию в почве, и транслокационный коэффициент - отношение содержания тяжелого металла в надземной части к его содержанию в корневой системе, что показывает распределение токсиканта по органам растения. Согласно классификации W.J. Fitz иW.W. Wenzel (2002) интерес для фитоэкстракции представляют растения, у которых эти коэффициенты выше единицы. Напротив, для фитостабилизации следует выбирать сильныедеконцентраторы по А.Л. Ковалевскому (1973).

Как показали результаты исследований, коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов из почвы у выше перечисленных культур увеличивался в ряде: «просо < озимые зерновые < яровые зерновые». Высокоурожайные сорта, хорошо отзывчивые на повышение уровня минерального питания, были более чувствительны и к токсическому действию тяжелых металлов, что отражалось на морфо-биологических показателях и проявлялось в виде более интенсивного накопления их в товарной части [35-47].

1.4 Особенности выращивания рапса

25 % территории РБ загрязнено радионуклидами, тяжелыми металлами и, как следствие, исключено из с/х оборота. Показано, что рапс наиболее перспективная культура для выращивания в РБ, которая не боится загрязненных радионуклидами и тяжелыми металлами почв. Согласно предварительным данным, выведенные ранее из сельхозоборота земли, потенциально могут быть использованы в качестве угодий для выращивания сырья, используемого при производстве биотоплива, в частности, на основе технического рапса. Кроме того, Республика сможет получить значительную экономическую выгоду, поскольку производственных мощностей Беларуси будет достаточно не только для «закрытия» внутреннего потребления, но и для потенциального экспорта излишков биотоплива в страны ЕС[48-49].

Избыточное содержание тяжелых металлов в почвах отрицательно сказывается на росте и развитии сельскохозяйственных растений, ухудшает качество продукции. Последнее происходит главным образом не за счет изменения химического состава, а в результате избыточного накопления тяжелых металлов. Между содержанием тяжелых металлов в почве и выращиваемой на ней культуре существует прямая, но далеко не адекватная связь: и на сильнозагрязненной, но обладающей высокими защитными способностями почве, возможно получение гигиенически приемлемого урожая.

При избыточном поступлении тяжелых металлов через корни в растения работают защитные механизмы неспецифической природы. Они ограничивают проникновение тяжелых металлов в надземные органы, в метаболические центры клеток. По отношению к различным тяжелым металлам защитные возможности растения проявляются неодинаково: свинец в основном задерживается уже в корнях, цезий сравнительно легко проникает в надземные органы [50-52].

1.5 Особенности выращивания льна

В целом по республике площадь почв, пригодных под лен, составляет 28,1% от общей площади пахотных земель. По областям она колеблется от 38,9 % -37,9% в Гродненской и Могилевской до 8,0 %-8,7 % в Брестской и Гомельской, по районам - от 40 % -50% во многих районах Гродненской, Могилевской, Витебской и Минской областей до практически полного отсутствия в большинстве районов Брестской и Гомельской областей. Культивированию льна в Беларуси планируют уделить большое внимание, а в ближайшее время будет разработана программа по комплексному развитию льноводческой отрасли Беларуси и России. Для Беларуси лен - стратегический продукт. Производство сырья и готовых льняных изделий экономически эффективно и сравнимо по доходности с выращиванием сахарной свеклы, поэтому развитию отрасли уделяется особое внимание, отметил М.Русый. Принято решение с целью обеспечения льноводов страны собственными семенами создать в регионах шесть центров льноводства, и один из них - в Институте льна НАН. в 2018-2019 годах все они должны начать работать, чтобы обеспечить потребности внутреннего рынка и экспортировать льносемена [53].

1.6 Особенности выращивания проса

Просо - одна из основных крупяных культур в мире. Этот яровой злак ценится за высокие вкусовые качества зерна (пшенной крупы).Культура имеет стебли манжетной формы с большим количеством узлов, разветвляющихся от корня. Соцветие метельчатое, каждый колосок располагает двумя цветками - двуполый и бесполый. Колос растения с одной стороны выпуклый, с другой - приплюснутый. Плодами растения является зерно круглой или продолговатой формы. Оно засухоустойчиво, является культурой короткого светового дня, отличается быстрой вегетацией. Благодаря этим свойствам на юге России его часто высевают как пожнивную культуру (промежуточную культуру, которая возделывается после уборки другого вида зерновых в этом же году). Выращивание проса выгодно в тех районах, где другие зерновые страдают от засухи. Просо жаростойко, формирует хороший урожай даже при высоких температурах. Этот злак является страховой культурой: даже в наиболее неблагоприятные годы он дает урожайность от 10 ц/га. Если же соблюдены приемы агротехники, густота посева оптимальная, то урожайность составит 15-17 ц/га.

Селекционная работа по созданию сортов проса в Беларуси начата в 2000 году. В итоге созданы и включены в госреестр 13 отечественных сортов проса для производства пшена, зернофуража и зеленых кормов. Потенциальная урожайность белорусских сортов проса достигает 69 ц/га зерна и 188 ц/га сухого вещества.

Просо возделывают надерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почвах, а также на низинных старопахотных торфяниках. Оптимальные агротехнические показатели: рН = 5,5-7,0, содержание гумуса - не менее 1,6 %, доступного фосфора и обменного калия - не менее 150 мг/кг почвы[54-57].

1.7 Биоаккумуляция химических элементов

Несмотря на существенную изменчивость в способности различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию. Так, например, по степени накопления выделяется несколько групп элементов:

1) Cd, Cs, Rb - поглощаются легко,

2) Zn, Mo, Сu, Pb, Ag, As, Co - средняя степень поглощения,

3) Mn, Ni, Li,Cr, Be, Sb - слабо поглощаются,

4) Se, Fe, Zn, Ba, Те - трудно доступны растениям.

Необходимо отметить, что в процессе вегетации во всех наземных органах растений содержание тяжелых металлов снижается к моменту созревания не менее чем в два раза. Возможно, это результат «ростового разбавления», т. е. снижение концентрации элементов за счет нарастания биомассы и оттока элементов в подземные органы, особенно у многолетников[58-59].

Выделяют три типа взаимодействия тяжелых металлов, макро- и микроэлементов при поглощении их растениями:

а) антагонистическое, связанное, в основном, с внесением кальция на подвижность ТМ;

б) синергическое, которое устойчиво проявляется в дуэтах цинк-медь, кадмий-калий;

в) комплексное, которое состоит в том, что негативный эффект одного-двух элементов усиливается за счет их суммарного взаимодействия. При комплексном воздействии токсичность тяжелых металлов возрастает, поэтому величина допустимого интервала должна сокращаться для каждого рассматриваемого элемента на 20 % - 30 %.

Для более объективной оценки влияния тяжелых металлов в условиях агроценоза вводится несколько дополнительных показателей:

– коэффициент экологической безопасности;

– коэффициент подвижности тяжелых металлов в почвах;

– «цинковый эквивалент».

1.8 Коэффициент экологической безопасности (КЭБ)

Коэффициент экологической безопасности (КЭБ) - это отношение показателя ПДК для почвы к валовому содержанию металла в этой почве.

Коэффициент экологической безопасности всегда выше на легких по гранулометрическому составу почвах и почвах с малой буферной способностью. Авторы считают, что коэффициент экологической безопасности должен составлять для дерново-подзолистых, серых лесных почв ПДК/Стм> 2,0. Если такое условие не удовлетворяется, то нельзя гарантировать получение чистой продукции. Определение коэффициента подвижности ТМ в различных типах почв дает реальное представление о его миграционной способности в пределах сельскохозяйственных угодий и предложен на основе всесторонних мониторинговых определений. ПДК свинца для почвы - 30,0мг/кг, показатель транслокационный - 35,0.

Для кадмия ОДК - 0,5-2,0мг/кг.

Для свинца ОДК_32-130мг/кг.

В обоих случаях класс опасности -первый [60-68].

Целью работы является изучение возможности использования сельскохозяйственных культур в условиях загрязнения почв тяжелыми металлами в качестве фитоэкстрактора или фитостабилизатора.

2. Материалы и методы исследования

2.1 Характеристика объекта исследования, пробоотбор и пробоподготовка

Были созданы почвенные композиции на основе дерново-подзолистой легкосуглинистой почвы с добавлением солей тяжелых металлов: сульфата кадмия и азотнокислого свинца в различных соотношениях 1 ПДК и 2-3 ПДК.

1) Почва 100 % + ил 0 % (2 образца)

2) Почва 90 % + 1ПДК кадмия % (3 образца)

3) Почва 90 % + 1 ПДК свинца(3 образца)

4) Почва 90%+1 ПДК кадмия и свинца (3 образца)

Итого было создано 12 образцов для дальнейших стендовых наблюдений.

Далее были подготовлены по три емкости с каждой из предложенных выше почвенных композиций - всего 36. Каждая емкость имела объем 1,14 дм3. Площадь для посева соответственно равна 0,143 м2.

Для учета общего накопления тяжелых металлов в растениях в системе «почва-растение» был выбран яровой рапс, просо и лен. Нормы высева для данной культуры снижены до 80 семян на 1 м2, таким образом, в каждую подготовленную емкость было посеяно по 9 семян, так как более плотный посев мог привести к вытягиванию и ослаблению наземной части растений.

1) Почва 100 % + 0 % (3 образца)

2) Почва 90 % + 2-3ПДК кадмия (3 образца)

3) Почва 90 % + 2-3 ПДК свинца (3 образца)

4) Почва 90%+2-3 ПДК кадмия и свинца (3 образца)

Из каждой композиции были отобраны пробы почвы для дальнейшей пробоподготовкии исследования методом РФА по методике МВИ. МН 4092.2011. Взятую для анализа почву доводили до воздушно-сухого состояния, для этого рассыпали ее тонким слоем на большом листе бумаги, удалили корни, растительные остатки, затем почву оставили на три дня в сухом помещении, не содержащем в воздухе паров кислот и газов, не допуская попадания на нее прямых солнечных лучей.

Почвенные образцы измельчались и просеивались через сито с размером ячейки в 1 мм. Почву, не прошедшую через сито, вновь измельчали в ступке и просеивали.

Указанную навеску (0,3000 г ± 0,0001 г) почвенных композиций, обрабатывали раствором для формирования таблетки, и затем помещали в пресс-форму. Прессовали при давлении 5-7 тонн в таблетки диаметром 10 мм, которые помещались в пакеты из кальки, маркировались и в дальнейшем анализировались на содержание микроэлементов методом рентгенофлуоресцентного анализа на приборе марки РФА-СЕР-01 производства фирмы ElvaX (Украина) с использованием методики выполнения измерений МВИ. МН4092-2011, утвержденной Белорусским государственным институтом метрологии.

2.2 Характеристика методов исследования

Рентгенофлуоресцентный метод определения содержания химических элементов

Рентгенофлуоресцентный анализ (РФА) является одним из множества современных физико-химических методов измерений и широко используется для качественного, полуколичественного и количественного определения элементного состава веществ. Метод РФА основан на измерении энергий (длин волн в спектрометрах с волновой дисперсией) и интенсивностей спектральных линий, эмитированных при вторичной рентгеновской эмиссии. Первичный поток квантов от рентгеновской трубки облучает образец, заставляя каждый элемент этого образца испускать вторичные рентгеновские кванты, которые имеют свойственный лишь этому элементу набор энергий (основа для качественного определения состава) и интенсивность потока вторичного выхода, зависящую от содержания этого элемента в пробе (основа для количественного анализа). Главной задачей количественного РФА является вычисление содержания измеряемого элемента из интенсивностей спектральных линий (аналитических сигналов) всех элементов образца. Эта аналитическая зависимость усложнена влиянием матричных эффектов, т.е. поглощением, или, наоборот, усилением характеристической вторичной эмиссии измеряемого элемента другими элементами матрицы. Суть анализа заключается в разложении исследуемого рентгеновского спектра на спектральные модели чистых элементов, при этом параметры моделей позволяют судить об интенсивности спектральных линий, а те в свою очередь позволяют вычислить концентрации элементов [60-64].Спектрометр ElvaX позволяет определить элементы от серы (атомный номер 16) до урана (атомный номер 92). Время измерения пробы составляет 5-10 мин. Допустимая погрешность до 30%.

Оценка опасности загрязнения почвы химическими элементами

Уровень химического загрязнения почвенных композиций находили путем сопоставления содержания валовых форм химических элементов в загрязненной почве с установленными в Республике Беларусь предельно допустимыми и ориентировочно допустимыми концентрациями (ПДК и ОДК соответственно). Кроме того, полученные концентрации сравнивались с кларковыми значениями, характерными для почв региона исследований. Для интегральной оценки загрязнения почвенных композиций химическими элементами был использован суммарный показатель загрязнения Zc, который рассчитывается по формуле 1:

сельскохозяйственный фиторемедиационный почвенный

(1)

где Zс - суммарный показатель кратности превышения норматива ПДК/ОДК или значения фоновой концентрации (при отсутствии установленного норматива ПДК/ОДК);

Кс - коэффициент, рассчитанный как отношение содержания химического вещества в землях, на исследуемой территории к нормативу ПДК/ОДК, при его отсутствии - к значению фоновой концентрации;

n - число учитываемых химических веществ, концентрация которых превышает нормативы ПДК/ОДК или значение фоновой концентрации.

Коэффициент концентрации химического вещества (Кс) определяется отнесением его реального содержания в почве (С) к его ПДК/ОДК или значению фоновой концентрации (Сф) (при отсутствии установленного норматива ПДК/ОДК) (формула 2):

Кс = С / ПДК / ОДК(Сф). (2)

Степень опасности загрязнения почвенных композиций оценивалась по четырехступенчатой шкале:

– допустимая - < 16 единиц;

– умеренно опасная - 16-32 единицы;

– опасная - 32-128 единиц;

– чрезвычайно опасная - > 128 единиц.

Интенсивность биологического поглощения элементов, их потенциальная доступность, оценивалась с помощью коэффициента биологического накопления
(формула 3):

(3)

где Ср - содержание элемента в золе растений;

Сп - валовое содержание элемента в почве.

Величина биологического поглощения определялась по градации (таблица 1), предложенной А.И. Перельманом.

Таблица 1 - Шкала оценки интенсивности накопления элементов по величине КБП (Перельман, Касимов, 1999)

Величина биологического поглощения

Значение КБП

Энергично накопляемые

10-100

Сильно накопляемые

1-10

Слабого накопления или среднего захвата

0,1-1,0

Слабого захвата

0,01-0,1

Очень слабого захвата

0,001-0,01

3. Результаты и обсуждения

3.1 Валовое содержание химических элементов в исходных почвенных композициях

Важным показателем загрязнения почв является валовое содержание химических элементов, которое характеризует степень опасности загрязнения почвы и позволяет осуществлять контроль над загрязнением. При проведении количественного анализа исследуемых почвенных композиций в качестве удобрения было выявлено, что во всех образцах содержится 13 химических элементов, представляющих наибольшую экологическую опасность: As, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Pb, Sn, Ti, Zn, Zr(согласно Директиве 86/278/ЕЕС от 12 июня 1986 г.).

Кадмий (Cd). Кларк кадмия в земной коре составляет 0,13 мг/кг, средняя фоновая концентрация для Республики Беларусь - 0,1 мг/кг. ПДК в почве Cd составляет 0,5 мг/кг. Основная зона концентрации кадмия - это верхний двадцатисантиметровый слой почвы.

В окружающую среду кадмий чаще всего поступает со стоками горнодобывающей, обогатительной и электролизной промышленностей, в твердых отходах и стоках предприятий, перерабатывающих бумажную массу, бывшую в употреблении, газеты и другую макулатуру для изготовления из нее упаковочного картона, а также при использовании фосфатных удобрений. Последнее приводит к широкому распространению кадмия и загрязнению им окружающей среды в глобальном масштабе.

Свинец (Pb). Кларк свинца в почвах мира составляет 10 мг/кг, а среднее содержание в почвах Республики Беларусь - 12 мг/кг. Уровень ПДК по свинцу для почв равен 32,0 мг/кг. К основным источникам загрязнения почв свинцом относится автотранспорт из-за применения тетраэтилсвинца как антидетонатора в моторном топливе и цветная металлургия, при этом 11% от общих выбросов свинца - это производство железа, стали, ферросплавов, а также в результате поступления соединений свинца с других территорий.

Создание устойчивых агросоциокомплексов предполагает получение качественной сельскохозяйственной продукции при условии минимизации антропогенного воздействия на окружающую природную среду, и прежде всего - почву,на которую значительную антропогенную нагрузку оказывает загрязнение тяжелыми металлами. Кроме того остается актуальным вопросом пригодность выбранной территории для безопасной жизнедеятельности населения, ведь в РБ под обустройство агросоциокомплексов, как правило, отводят земли подверженные сильному антропогенному воздействию с уровнем техногенной нагрузки по тяжелым металлам в до3,0 ПДК, что соответствует слабому и среднему уровням загрязнения. Поэтому возникает необходимость в подборе сельскохозяйственных культур устойчивых к загрязнению тяжелыми металлами.

В почвенных композициях определены химические элементы 30 наименований.

Условно чистая почва характеризуется наличием кадмия 14,1 мкг/г и свинца 7,0 мкг/г.

Почвенная композиция с 1 ПДК по кадмию характеризуется наличием кадмия 148,1 мкг/г и свинца 13,6 мкг/г.

Почвенная композиция с 3 ПДК по кадмию характеризуется наличием кадмия 770,2 мкг/г и свинца 13,6 мкг/г.

Почвенная композиция с 1 ПДК по свинцу характеризуется наличием кадмия 15,1 мкг/г и свинца 57,5 мкг/г.

Почвенная композиция с 3 ПДК по свинцу характеризуется наличием кадмия 13,5 мкг/г и свинца 157,6 мкг/г.

Почвенная композиция с 3 ПДК по свинцу и кадмию характеризуется наличием кадмия 251 мкг/г и свинца 60,0 мкг/г.

Концентрации тяжелых металлов в почвенных композициях, которые применялись в стендовом опыте, находятся в пределах 1-3 ПДК. Всего было подготовлено 36 емкостей для получения фитомассы рапса, льна и проса.

Результаты рентгенофлуоресцентного анализа почвенных композиций для стендовых исследований представлены в таблицах 2-7.

Таблица 2 - Концентрация элементов в пробе № 1 чистая почва В мг/кг

Элемент

Конц.

Ср.Стат.Погр.

Ag

5.2981

±1.64820

As

0.2122

±0.13891

Ba

857.6762

±133.77000

Bi

6.2952

±2.19540

Br

81.7874

±6.64600

Ca

29267.0900

±676.20000

Cd

14.1478

±2.57350

Cl

17779.9200

±2663.70000

Co

23.5182

±3.67790

Cr

29.6995

±10.02400

Cu

25.5399

±3.68640

Fe

10904.7500

±85.16400

K

7056.5810

±355.56000

Mn

518.0173

±26.23800

Ni

36.3518

±7.78970

Pb

7.0246

±0.78922

Rb

315.8461

±12.96400

S

17632.4100

±3393.40000

Sn

9.3593

±1.82000

Sr

66.6649

±2.43160

Ti

1304.9470

±72.72200

V

135.9622

±43.48100

Zn

24.3214

±2.20300

Zr

166.7791

±3.33060

Таблица 3 - Концентрация элементов в пробе № 2 почва обработанная раствором кадмия (кадмий 1 ПДК) В мг/кг

Элемент

Конц.

Ср.Стат.Погр.

Ag

8.0925

±3.72200

As

0.8915

±0.30380

Ba

1273.2298

±151.37000

Bi

4.1973

±1.39920

Br

86.5748

±10.19800

Ca

35587.2000

±899.24000

Cd

148.2479

±23.98400

Cl

21934.5500

±3842.70000

Co

29.1168

±4.02920

Cr

41.8592

±8.13700

Cu

32.2161

±4.07320

Fe

13859.5500

±101.08000

Hg

2.6036

±0.57738

K

8449.2840

±277.84000

Mn

557.8758

±29.10300

Mo

10.5411

±2.21950

Ni

30.4698

±10.67800

Pb

13.6187

±1.08150

Rb

175.3153

±8.83370

S

18647.8900

±3870.30000

Sb

5.5710

±2.19340

Se

0.5849

±0.52909

Sn

14.5834

±2.73290

Sr

71.5293

±2.47880

Ti

1480.4810

±51.68600

U

5.6144

±0.91643

V

201.1731

±75.61000

Zn

30.1129

±2.41270

Zr

227.0214

±5.74050

Таблица 4 - Концентрация элементов в пробе №3 почва обработанная раствором кадмия (кадмий 3 ПДК) В мг/кг

Элемент

Конц.

Ср.Стат.Погр.

Ag

17.0073

±2.91200

As

0.6845

±0.27688

Ba

1258.2434

±131.56000

Bi

7.3183

±2.32720

Br

166.0644

±9.33200

Ca

42622.8000

±803.11000

Cd

770.2177

±19.69600

Cl

22344.8600

±2939.70000

Co

29.1168

±4.02920

Cr

41.8592

±8.13700

Cu

32.2161

±4.07320

Fe

13859.5500

±101.08000

Hg

2.6036

±0.57738

K

8449.2840

±277.84000

Mn

557.8758

±29.10300

Mo

10.5411

±2.21950

Ni

70.4698

±10.67800

Pb

13.6187

±1.08150

Rb

145.3153

±8.83370

S

23647.8900

±3870.30000

Sb

10.5710

±3.19340

Se

0.5849

±0.52909

Sn

1.5834

±0.73297

Sr

71.5293

±2.47880

Ti

1480.4810

±51.68600

U

3.6144

±0.91643

V

381.1731

±71.61000

Zn

30.1129

±2.41270

Zr

197.0214

±1.74050

Таблица 5 - Концентрация элементов в пробе №4 почва обработанная раствором свинца (свинец 3 ПДК) В мг/кг

Элемент

Конц.

Ср.Стат.Погр.

Ag

13.8311

±2.16500

As

0.8891

±0.24050

Ba

725.3802

±106.55000

Br

109.4853

±9.31410

Ca

42052.8800

±644.97000

Cd

13.5165

±4.41780

Ce

5.4287

±2.83650

Cl

20372.8100

±1754.10000

Co

29.7713

±5.65320

Cr

236.7591

±29.84600

Cu

33.6459

±4.19360

Fe

14423.3700

±114.21600

Hg

1.8611

±0.81200

K

8387.9230

±169.20200

Mn

490.1596

±29.90700

Mo

9.2973

±2.78340

Ni

63.8211

±15.17800

Pb

157.5932

±5.13450

Rb

223.1913

±8.39500

S

26958.6000

±4834.00000

Sb

6.1500

±2.46940

Se

1.7824

±0.65280

Sn

18.1983

±2.74380

Sr

70.3314

±3.53590

Ti

1637.3120

±68.73100

U

6.0738

±1.49370

V

230.7419

±60.65000

Zn

38.5970

±3.16090

Zr

200.9433

±3.76180

Таблица 6 - Концентрация элементов в пробе №5 почва обработанная раствором свинца (свинец 1 ПДК) В мг/кг

Элемент

Конц.

Ср.Стат.Погр.

Ag

10.5311

±2.17500

As

1.0891

±0.34250

Ba

623.3400

±106.55000

Br

149.4933

±8.41710

Ca

45055.7300

±784.98000

Cd

15.1115

±2.51080

Ce

6.7283

±3.23220

Cl

21772.2700

±2757.70000

Co

42.9632

±4.65390

Cr

141.4242

±26.71500

Cu

36.1598

±4.10310

Fe

15417.3200

±94.74600

Hg

2.7283

±0.57205

K

8887.6220

±319.72000

Mn

482.9062

±23.70200

Mo

8.1129

±1.85040

Ni

55.4138

±10.50500

Pb

57.5029

±2.11450

Rb

132.7194

±8.32500

S

32058.6000

±4284.00000

Sb

6.2600

±2.48750

Se

0.6764

±0.56280

Sn

7.5450

±1.62780

Sr

71.3724

±2.35390

Ti

1547.4952

±61.14000

U

3.0778

±0.47673

V

350.4937

±73.95000

Zn

31.5970

±3.46010

Zr

153.9232

±3.77190

Таблица 7 - Концентрация элементов в пробе №6 почва обработанная раствором кадмия и свинца В мг/кг

Элемент

Конц.

Ср.Стат.Погр.

Ag

16.5688

±2.77000

As

1.3550

±0.34129

Ba

1244.0445

±109.92000

Bi

6.5003

±3.05900

Br

154.4876

±8.68150

Ca

48266.2300

±824.30000

Cd

251.0824

±12.81200

Cl

25414.6500

±3023.30000

Co

32.3712

±3.40720

Cr

104.0945

±30.42600

Cu

38.0982

±4.27440

Fe

15815.8800

±97.36100

Hg

1.4002

±0.53374

K

9117.4310

±357.79000

Mn

586.4804

±26.50400

Mo

7.7893

±1.83590

Ni

58.6522

±9.40530

Pb

59.9435

±2.18870

Rb

207.4674

±9.62760

S

28057.7500

±4063.90000

Sb

8.0546

±2.86770

Se

1.0774

±0.72272

Sn

22.4770

±0.88817

Sr

77.2794

±2.48510

Ti

1628.6011

±47.91500

U

1.1094

±0.49072

V

381.8819

±69.08500

Zn

32.2266

±2.40720

Zr

138.2636

±1.51430

Как видно из данных, представленных в таблицах 2-7, существенных различий в валовом содержании металлов в почвенных композициях, за исключением концентраций свинца и кадмия, не имеется. Таким образом, влияние на рост и развитие растений, выращенных в ходе стендовых исследований, оказывали только Cdи Pb.

3.2 Определение коэффициентов биологического поглощения для культур: рапс, просо, лен при различных уровнях загрязнения почв

Результаты расчетов коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов дляфитомасс рапса, льна и проса, выращенных на почвах с различной степенью загрязненности свинцом и кадмием, представлены в таблицах 8-10.

Таблица 8 - Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов для рапса, выращенного на почвах с различной степенью загрязненности

Растение

КБП

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Sr

Zn

Zr

рапс, выращенный на чистой почве

-

0,0301

-

0,3068

0,0288

0,0437

0,3144

0,9633

0,2990

1,6642

0,0223

рапс, выращенный на почве с 1 ПДК по Cd

0,1685

0,012

-

0,1588

0,0264

0,0544

0,1441

0,5699

0,4444

0,9857

0,0482

рапс, выращенный на почве с 3 ПДК по Pb

0,191

0,0541

-

0,1842

0,0258

0,0612

0,0624

0,8857

0,4357

0,8912

0,0498

рапс, выращенный на почве с 1 ПДК по Pb

-

0,0640

-

0,3889

0,0186

0,0414

0,0624

1,0006

0,3380

1,1392

0,0273

рапс, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd

0,4118

0,0056

-

0,2563

0,0307

0,0608

0,1262

0,8882

0,4085

1,15

0,0442

рапс, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd и Pb

0,3015

0,0085

-

0,2527

0,0144

0,041

0,0912

0,7111

0,03401

1,2091

0,0764

Таблица 9 - Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов для льна, выращенного на почвах с различной степенью загрязненности

Растение

КБП

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Sr

Zn

Zr

лён, выращенный на чистой почве

-

0,0452

0,0192

0,3378

0,0139

0,0352

0,1394

0,5691

0,1618

1,4938

0,0105

лён, выращенный на почве с 1 ПДК по Cd

0,1797

0,026

0,0489

0,3281

0,0365

0,0820

0,1412

0,5342

0,2611

1,4500

0,042

лён, выращенный на почве с 3 ПДК по Pb

0,1348

0,0348

0,0772

0,1807

0,0274

0,0633

0,039

0,4780

0,2028

0,601

0,488

лён, выращенный на почве с 1 ПДК по Pb

-

0,0327

-

0,5278

0,0066

0,0725

0,0402

0,4343

0,1901

1,9303

0,0199

лён, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd

0,4967

0,0074

0,0276

0,1750

0,0319

0,0610

0,0615

0,4929

0,2554

0,916

0,0609

лён, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd и Pb

-

0,0058

0,1552

0,1771

0,0116

0,0273

0,0162

0,4053

0,2139

1,0242

0,0333

Таблица 10 - Коэффициенты биологического поглощения тяжелых металлов для проса, выращенного на почвах с различной степенью загрязненности

Растение

КБП

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Sr

Zn

Zr

просо, выращенное на чистой почве

-

0,0452

0,0192

0,3378

0,0139

0,0352

0,1394

0,5691

0,1618

1,4938

0,0105

просо, выращенное на почве с 1 ПДК по Cd

0,1797

0,026

0,0489

0,3281

0,0365

0,0820

0,1412

0,5342

0,2611

1,4500

0,042

просо, выращенное на почве с 3 ПДК по Pb

0,1348

0,0348

0,0772

0,1807

0,0274

0,0633

0,039

0,4780

0,2028

0,601

0,488

просо, выращенное на почве с 1 ПДК по Pb

-

0,0327

-

0,5278

0,0066

0,0725

0,0402

0,4343

0,1901

1,9303

0,0199

просо, выращенное на почве с 3 ПДК по Cd

0,4967

0,0074

0,0276

0,1750

0,0319

0,0610

0,0615

0,4929

0,2554

0,916

0,0609

просо, выращенное на почве с 3 ПДК по Cd и Pb

-

0,0058

0,1552

0,1771

0,0116

0,0273

0,0162

0,4053

0,2139

1,0242

0,0333

Как видно из представленных данных, энергично накопляемых металлов не выявлено. Сильно накопляемыми являются свинец и цинк. Слабого накопления или элементами среднего захвата являются мышьяк, медь, свинец и стронций. Другие металлы относятся к группе слабого захвата.

3.3 Определение транслокационных коэффициентов при различных уровнях загрязнения почвы для культур: рапс, просо, лен

В современных условиях наряду с естественным неравномерным распределением химических элементов в почвенных слоях во все возрастающих масштабах происходит их искусственное перераспределение.

Выбросы промышленных предприятий, объектов энергетики, транспорта, сельского хозяйства, распространяясь на значительные расстояния, попадают в почву и создают новые комплексы химических элементов. Из почвы эти вещества мигрируют в воздушную и водную среды, в ткани растений и в конечном итоге попадают в организм человека.

Особую опасность представляют тяжелые металлы, характер токсического действия которых иллюстрируется данными таблицы 11.

Таблица 11 - Эффекты избирательной токсичности при загрязнении среды тяжелыми металлами (данные ВОЗ, 1991 г.)

Загрязнитель

Главное воздействие на здоровье

Мышьяк

Рак легких; кожные болезни; гематологические эффекты, включая анемию

Бериллий

Дерматиты, язвы; воспаления слизистых оболочек

Кадмий

Злокачественные новообразования; острые и хронические респираторные заболевания; почечная дисфункция

Хром

Рак легких; злокачественные образования в желудочно-кишечном тракте; дерматиты

Свинец

Нарушение процессов кроветворения; повреждение печени и почек; нейрологические эффекты

Ртуть

Воздействие на нервную систему, включая краткосрочную память; нарушение сенсорных функций и координации; почечная недостаточность

Никель

Респираторные заболевания (астма, нарушение дыхательной системы); пороки рождения и уродства; рак носа и легких

Ванадий

Астма; нервные расстройства; изменения в крови

Основным критерием при оценке уровня загрязнения почвы является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредных веществ в пахотном слое, которая устанавливается из условия, что загрязняющее вещество не должно оказывать прямого или косвенного воздействия на соприкасающиеся с почвой среды (воздух, воду), на здоровье человека и на способность почвы к самоочищению.

Существуют четыре разновидности ПДК, соответствующие лимитирующим показателям вредности в зависимости от путей миграции загрязняющих веществ в определенные среды. Эти лимитирующие показатели следующие:

– транслокационный, характеризующий переход химических веществ из почвы через корневую систему в зеленую массу и плоды растений;

– миграционный воздушный, характеризующий переход химических веществ из почвы в атмосферу;

– миграционный водный, характеризующий переход химических веществ из почвы в подземные грунтовые воды и водоисточники;

– общесанитарный, характеризующий влияние химических веществ на микробиоценозы и способность почв к самоочищению.

Фитоаккумуляционный (транслокационный) показатель вредности характеризует процесс миграции химического вещества из почвы в культурное растение и накопления его в фитомассе товарной части растения, используемой в качестве продуктов питания. Под пороговой концентрацией по этому показателю вредности понимают то количество химического вещества в почве, при котором накопление этого вещества фитомассой товарных частей к моменту сбора урожая не превысит установленных для продуктов питания допустимых концентраций (ПДК). С учётом миграции вредных веществ в сельскохозяйственную продукцию устанавливают ПДК для почв сельскохозяйственного назначения.

Транслокационный коэффициент (ТК) - соотношение содержания элемента в надземной части к содержанию в корнях.

Транслокационный коэффициент вычисляется по формуле 4:

ТК = Ср/Ск, (4)

где Ср - концентрация элемента в надземной части растения;

Ск - концентрация элемента в корне растения.

По полученным данным были вычислены транслокационные коэффициенты тяжелых металлов для рапса, льна и проса, выращенных на почвах с различной степенью загрязненности. Полученные результаты представлены в таблицах 12-14.

Таблица 12 - Транслокационные коэффициенты тяжелых металлов для рапса, выращенного на почвах с различной степенью загрязненности

Растение

ТК

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Sr

Zn

Zr

рапс, выращенный на чистой почве

-

2,545

-

0,071

0,508

1,903

0,330

2,589

1,089

0,895

0,336

рапс, выращенный на почве с 1 ПДК по Cd

0,100

8,182

-

0,057

0,603

2,399

0,229

1,467

1,199

0,728

0,693

рапс, выращенный на почве с 3 ПДК по Pb

0,122

3,318

-

0,069

0,610

2,399

0,288

2,841

1,143

0,842

0,633

рапс, выращенный на почве с 1 ПДК по Pb

-

4,363

-

0,158

0,469

1,568

0,420

3,095

0,892

0,888

0,268

рапс, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd

0,201

7,962

-

0,093

0,699

2,673

0,192

2,284

1,102

0,846

0,550

рапс, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd и Pb

0,295

3,944

-

0,107

0,375

1,900

0,159

2,818

0,983

0,955

0,667

Таблица 13 - Транслокационные коэффициенты тяжелых металлов для льна, выращенного на почвах с различной степенью загрязненности

Растение

ТК

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Sr

Zn

Zr

лён, выращенный на чистой почве

-

0,910

0,006

0,122

0,071

0,373

0,099

4,830

0,792

2,745

0,073

лён, выращенный на почве с 1 ПДК по Cd

0,08

3,65

0,246

0,235

0,227

0,475

0,086

9,911

0,605

2,152

0,303

лён, выращенный на почве с 3 ПДК по Pb

0,060

0,429

0,404

0,135

0,177

0,327

0,520

11,000

0,454

1,149

0,311

лён, выращенный на почве с 1 ПДК по Pb

-

0,446

-

0,436

0,046

0,368

0,103

9,646

0,433

3,034

0,087

лён, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd

0,170

5,346

0,138

0,125

0,195

0,353

0,035

8,671

0,528

1,360

0,399

лён, выращенный на почве с 3 ПДК по Cd и Pb

-

1,355

0,877

0,151

0,082

0,169

0,044

11,544

0,529

1,633

0,146

Таблица 14 - Транслокационные коэффициенты тяжелых металлов для проса, выращенного на почвах с различной степенью загрязненности

Растение

ТК

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Sr

Zn

Zr

просо, выращенное на чистой почве

0,430

0,649

-

0,487

0,252

1,831

0,293

1,187

1,213

0,488

0,407

просо, выращенное на почве с 1 ПДК по Cd

1,034

0,292

-

0,656

0,137

1,010

1,023

1,282

0,975

0,631

0,038

просо, выращенное на почве с 3 ПДК по Pb

0,361

1,080

-

1,146

0,186

1,257

0,289

1,029

0,849

0,435

0,033

просо, выращенное на почве с 1 ПДК по Pb

0,186

3,397

-

0,886

0,077

0,668

0,470

1,935

0,978

0,592

0,047

просо, выращенное на почве с 3 ПДК по Cd

1,101

0,287

-

1,567

0,177

0,918

2,115

1,097

1,304

0,568

0,067

просо, выращенное на почве с 3 ПДК по Cd и Pb

1,175

0,628

-

0,666

0,106

0,701

2,106

0,720

1,315

0,650

0,033

Как видно из представленных данных, наиболее интенсивно накапливаются в фитомассе рапса кадмий, марганец, олово и стронций. При чем, наиболее интенсивно кадмий переходит в надземные органы растения при доминирующем загрязнении им почв.

В фитомассе льна наиболее интенсивно накапливаются кадмий, олово, цинк. Накопление кадмия в листьях интенсифицируется с увеличением его концентрации в почве. Олово в большей степени переходит из корней в надземную часть растения при умеренном загрязнении свинцом. С возрастанием в почве концентраций свинца и кадмия переход цинка в фитомассу затрудняется.

В фитомассе проса интенсивно накапливаются мышьяк, кадмий, медь, марганец, свинец, олово и стронций. На переход олова и стронция из корней в надземную часть растения концентрации свинца и кадмия в почве влияния не оказывают. Мышьяк наиболее активно переходит в листья при загрязнении почв кадмием. Интенсификация накопления кадмия фитомассой проса происходит под влиянием загрязнения почв свинцом. Медь активно переходит в стебли и листья при концентрациях свинца или кадмия порядка 3 ПДК. Повышение содержания кадмия в почве снижает переход марганца и значительно повышает переход свинца в фитомассу проса.

3.4 Обработка данных методами математической статистики

Значения концентраций и ПДК металлов в почвенных композициях показаны в таблицах 15-20.

Таблица 15 - Концентрации химических элементов в чистой почве В мг/кг

Почва

Концентрация элемента

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

чистая почва

0,30

18,59

25,53

20,61

10727,42

551,23

8,97

15,24

21,94

чистая почва после выращивания льна

-

16,05

12,51

23,78

8372,04

378,41

1,73

12,00

23,27

чистая почва после выращивания рапса

0,21

14,15

23,51

25,54

10904,75

518,02

7,02

9,36

24,32

чистая почва после выращивания проса

0,10

7,67

10,74

21,32

8071,51

438,06

12,87

5,62

23,89

ПДК

20,00

10,00

20,00

20,00

750,00

300,00

20,00

1,90

200,00

Таблица 16 - Концентрации химических элементов в почве с 1 ПДК по Cd В мг/кг

Почва

Концентрация элемента

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 1 ПДК по Cd

0,89

148,25

29,11

32,22

13859,55

557,87

13,62

14,58

30,11

почва с 1 ПДК по Cd после выращивания льна

0,32

80,94

20,18

25,70

8910,22

371,95

5,31

14,55

17,25

почва с 1 ПДК по Cd после выращивания рапса

0,83

127,94

15,70

25,84

10019,77

434,19

8,15

5,09

26,88

почва с 1 ПДК по Cd после выращивания проса

0,77

87,81

16,85

23,29

8234,01

400,73

8,86

9,16

34,26

ПДК

20,00

10,00

20,00

20,00

750,00

300,00

20,00

1,90

200,00

Таблица 17 - Концентрации химических элементов в почвес 3 ПДК по Pb В мг/кг

Почва

Концентрация элемента

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 3 ПДК по Pb

0,89

13,52

29,77

33,65

14423,37

490,16

157,59

18,19

38,60

почва с 3 ПДК по Pb после выращивания льна

1,26

17,49

18,43

21,06

9126,33

401,20

69,19

21,83

19,35

почва с 3 ПДК по Pb после выращивания рапса

0,69

10,95

26,01

25,39

9095,70

408,54

147,73

18,56

25,01

почва с 3 ПДК по Pb после выращивания проса

1,12

16,97

9,69

19,41

7613,75

333,22

47,62

5,97

25,67

ПДК

20,00

10,00

20,00

20,00

750,00

300,00

20,00

1,90

200,00

Таблица 18 - Концентрации химических элементов в почве с 1 ПДК по Pb В мг/кг

Почва

Концентрация элемента

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 1 ПДК по Pb

1,09

15,11

42,96

36,16

15417,32

482,91

57,50

7,54

31,59

почва с 1 ПДК по Pb после выращивания льна

0,85

17,29

20,35

25,28

9886,72

504,63

36,90

13,27

21,19

почва с 1 ПДК по Pb после выращивания рапса

0,70

16,06

17,62

22,35

9639,94

401,38

54,26

20,55

22,85

почва с 1 ПДК по Pb после выращивания проса

0,84

12,73

11,95

22,48

9150,16

426,65

20,09

4,69

31,93

ПДК

20,00

10,00

20,00

20,00

750,00

300,00

20,00

1,90

200,00

Таблица 19 - Концентрации химических элементов в почве с3 ПДК по Cd В мг/кг

Почва

Концентрация элемента

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 3 ПДК по Cd

0,68

770,22

29,12

32,21

13859,55

557,88

13,62

1,58

30,11

почва с 3 ПДК по Cd после выращивания льна

0,49

649,43

26,78

22,37

8934,34

343,47

10,19

2,29

19,92

почва с 3 ПДК по Cd после выращивания рапса

0,36

753,82

24,43

27,21

9566,43

462,49

13,47

1,63

22,58

почва с 3 ПДК по Cd после выращивания проса

0,46

278,60

12,02

20,18

8450,42

423,30

8,65

2,14

27,35

ПДК

20,00

10,00

20,00

20,00

750,00

300,00

20,00

1,90

200,00

Таблица 20 - Концентрации химических элементов в почве с3 ПДК по Cd и Pb В мг/кг

Почва

Концентрация элемента

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 3 ПДК по Cd и Pb

1,36

251,08

32,37

38,10

15815,88

586,48

59,94

22,47

32,23

почва с 3 ПДК по Cd и Pb после выращивания льна

1,34

143,90

17,04

26,28

10792,35

465,08

23,67

17,02

22,05

почва с 3 ПДК по Cd и Pb после выращивания рапса

0,94

40,42

31,21

29,48

7101,04

328,64

14,78

11,14

20,59

почва с 3 ПДК по Cd и Pb после выращивания проса

0,81

71,30

9,87

26,46

8542,00

385,23

18,61

6,08

26,19

ПДК

20,00

10,00

20,00

20,00

750,00

300,00

20,00

1,90

200,00

Анализ данных, приведенных в таблицах 15-20, показал, что исходная дерново-подзолистая почва, на основе которой были подготовлены композиции для стендового эксперимента, характеризуется превышающим установленные ПДК содержанием кадмия, кобальта, меди, железа, марганца и олова.

Все образцы почв после выращивания различных культур характеризуются снижением концентраций тяжелых металлов.

Для достоверной оценки фитостабилизирующих свойств изученных культур была проведена оценка безопасности почв до и после выращивания и сбора фитомассы растений. Коэффициенты концентрации химических веществ, а также суммарный коэффициент загрязнения почвенных композиций представлены в таблицах 21-26.

Таблица 21 - Коэффициенты концентрации химических веществ (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc) чистой почвы

Почва

Кс

ZC

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

чистая почва

0,015

1,859

1,277

1,030

14,30

1,840

0,450

8,021

0,112

23,9

чистая почва после выращивания льна

-

1,611

0,620

1,191

11,16

1,264

0,090

6,313

0,115

18,5

чистая почва после выращивания рапса

0,010

1,412

1,182

1,270

14,54

1,733

0,351

4,932

0,121

20,6

чистая почва после выращивания проса

0,050

0,767

0,537

1,066

10,76

1,460

0,644

2,958

0,199

13,2

Таблица 22 - Коэффициенты концентрации химических веществ (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc) почва с 1 ПДК по Cd

Почва

Кс

ZC

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 1 ПДК по Cd

0,042

14,84

1,452

1,623

18,48

1,863

0,684

7,672

0,152

41,7

почва с 1 ПДК по Cd после выращивания льна

0,016

8,100

1,002

1,294

11,88

1,241

0,274

7,662

0,081

27,5

почва с 1 ПДК по Cd после выращивания рапса

0,041

12,83

0,781

1,293

13,36

1,452

0,411

2,683

0,134

28,9

почва с 1 ПДК по Cd после выращивания проса

0,039

8,781

0,843

1,165

10,98

1,336

0,443

4,821

0,171

23,1

Таблица 23 - Коэффициенты концентрации химических веществ (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc)почва с 3 ПДК по Pb

Почва

Кс

ZC

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 3 ПДК по Pb

0,042

1,352

1,503

1,684

19,23

1,633

7,851

9,571

0,190

37,0

почва с 3 ПДК по Pb после выращивания льна

0,060

1,702

0,924

1,053

12,17

1,342

3,454

11,49

0,101

27,3

почва с 3 ПДК по Pb после выращивания рапса

0,032

1,100

1,332

1,252

12,13

1,362

7,352

9,771

0,120

28,4

почва с 3 ПДК по Pb после выращивания проса

0,056

1,697

0,485

0,971

10,15

1,111

2,381

3,142

0,128

14,5

Таблица 24 - Коэффициенты концентрации химических веществ (Кс) и суммарный показатель загрязнения (Zc) почва с 1 ПДК по Pb

Почва

Кс

ZC

As

Cd

Co

Cu

Fe

Mn

Pb

Sn

Zn

почва с 1 ПДК по Pb

0,051

1,502

2,151

1,842

20,56

1,612

2,883

3,974

0,163

28,7

почва с 1 ПДК по Pb после выращивания льна

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2025, ООО «Олбест» Все наилучшее для вас