WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 15 |

На правахрукописи

МИНКИНА ТАТЬЯНАМИХАЙЛОВНА

СОЕДИНЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХМЕТАЛЛОВ В ПОЧВАХ НИЖНЕГО ДОНА, ИХТРАНСФОРМАЦИЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ ПРИРОДНЫХ И

АНТРОПОГЕННЫХФАКТОРОВ

03.00.27 – почвоведение,

03.00.16 – экология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соисканиеученой степени

доктора биологическихнаук

Ростов-на-Дону

2008

Работа выполнена на кафедрепочвоведения и агрохимиибиолого-почвенного факультета Южногофедерального университета

Официальные оппоненты: докторбиологических наук, профессор

Черных Наталья Анатольевна

доктор сельскохозяйственных наук,профессор

Колесников СергейИльич

докторбиологических наук,

Приваленко Валерий Владимирович

Ведущее учреждение: Московскийгосударственный университет

им. М.В. Ломоносова, кафедраагрохимии

Защитадиссертации состоится 11 июня 2008 года в1200 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.208.16 побиологическим наукам в Южном федеральномуниверситете (344006, г. Ростов-на-Дону, ул.Б.Садовая, 105, ЮФУ, биолого-почвенныйфакультет, аудитория 205).

С диссертациейможно ознакомиться в научной библиотекеЮжного Федерального университета (344006, г.Ростов-на-Дону, ул. Пушкинская,148).

Автореферат разослан« » --------------------г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

кандидат биологических наук,доцент Н.Е. Кравцова

Общаяхарактеристика работы

Актуальностьисследований. Химическоезагрязнение биосферы – одна из причинвозможного экологического кризиса напланете. Тяжелые металлы (ТМ) относятся кчислу приоритетных загрязняющих веществ.Специфическая способность почвы поглощатьпоступившие из антропогенных источниковметаллы и распределять их междусвойственными почвам компонентами имеетважное значение в формированииэкологической обстановки на планете.Показателями состояния химическихэлементов в почвах служат содержание исоотношение их соединений. Исследованиясостава соединений металлов в почвах имеханизмов их трансформации имеют более,чем полувековую историю, но актуальностьих растет в связи с необходимостьюполучения адекватной оценки сегодняшнегосостояния загрязненных почв, прогноза ихизменения, поиска путей их улучшения.

Методы определениясостава соединений металлов в почвахпостоянно совершенствуются. Первыми былипредложены экстракционные методы,основанные на последовательномпереведении в раствор соединений металлов,удерживаемых почвенными компонентами сразной прочностью. В последние 10-15 летполучили развитие новые инструментальныеметоды, позволяющие получать конкретнуюинформацию о видах связи металлов спочвенными компонентами. Представляетсяцелесообразным рациональное объединениедвух направлений исследований.Эффективность такого объединения будетобеспечена надежными качественнымиданными о механизмах связи металлов сорганическими и минеральными почвеннымикомпонентами и накопленнымиколичественными сведениями о содержаниисоединений металлов в различных почвах.

Неоднозначностьподходов к способам определенияподвижности и доступности металловрастениям обуславливает проведениеисследований в этом направлении. Имеютсяданные по различным формам ТМ в почвах, в тоже время отсутствует методическая основа,которая дала бы возможность сопоставитьэти результаты и оценить ихинформативность. Теоретической основойприродоохранных мероприятий повосстановлению плодородия загрязненныхпочв является раскрытие механизмовтрансформации соединений ТМ, ихподвижности и доступности для растений, атакже защитных (барьерных) свойствпочв.

Сложность решенияданной проблемы состоит также внеобходимости учета региональныхособенностей состояния элементов в почвах.Нижний Дон является крупнейшимпроизводителем сельскохозяйственнойпродукции и, одновременно, крупнымпромышленным регионом, что определяетвысокий техногенный прессинг наокружающую среду, и, прежде всего, на почву.

Цель работы – выявить закономерности процессовпоглощения и трансформации соединенийтяжелых металлов в почвах Нижнего Дона подвлиянием природных и антропогенныхфакторов.

В задачи исследованийвходило:

  1. Обосновать методологию исследований группового состава ТМи применить ее для оценки экологическогосостояния почв Нижнего Дона по результатаммодельных лабораторных, вегетационных,полевых опытов и мониторинговыхнаблюдений.
  2. Разработать комбинированную схемуфракционирования соединений металлов впочвах путем сочетания параллельных ипоследовательных экстракций.
  3. Изучить механизм поглощения итрансформации ТМ в почвах.
  4. Выявить вклад почвенных компонентовв процессы мобилизации и иммобилизацииметаллов.
  5. Оценить влияние основныхпочвенно-экологических факторов (свойствпочв, уровня, вида и длительностизагрязнения) на процессы трансформациисоединений металлов.
  6. Определить влияние металлов насвойства почв и состояние растений.
  7. На основании изученных механизмовформирования соединений металлов в почвахобосновать выбор мелиорантов дляремедиации загрязненных металлами почв идоказать их эффективность.

Научная новизна. Сформулированы понятия о групповоми фракционном составе соединений металлов,обоснованы возможности их использованиядля оценки и прогноза подвижности металловв экосистеме. Разработана и обоснованакомбинированная схема фракционированиясоединений металлов в почвах. Впервыевыявлены закономерности поглощения итрансформации соединений ТМ в почвахНижнего Дона. Определены региональныеособенности формирования групповогосостава соединений меди, цинка и свинца впочвах. Выявлена полифункциональностьпочвенных компонентов в процессахмобилизации и иммобилизации металлов впочвах. Установлена направленностьпроцессов трансформации соединений ТМ впочве в зависимости от вида металла ипочвенно-экологических условий. Выявленыизменения свойств почв, состояния растенийи качества продукции под влияниемзагрязнения. Изучено проявлениеустойчивости к ТМ культурных растений.Предложены показатели барьерных функцийпочв и растений в отношении металлов.Обоснованы подходы к выбору мелиорантовзагрязненных почв, основанные намеханизмах прочного закрепления имиметаллов. Применен системный подход длявыявления закономерностей формированиясоединений металлов в условиях модельныхлабораторных и вегетационных опытов,многолетних полевых опытов имониторинговых наблюдений.

Практическаязначимость. Теоретическиеположения, методические подходы иразработки, предложенные в работе, могутбыть широко внедрены в практикупочвенно-экологического мониторинга,оценки состояния ТМ в почвах ирастениях, а также служить основой дляпрогнозирования и регулирования качествапочв и выращенной на нейсельскохозяйственной продукции. Дляэкспрессной оценки подвижности ТМ в почвахпредлагается применять метод параллельныхвытяжек, при изучении механизмовтрансформации металлов - комбинированнуюсхему фракционирования, что позволяет нетолько вычленить группы элементов сразличной подвижностью в данных условиях,но и прогнозировать поведение поллютантов.Для оценки защитных функций системы почва -растение предлагается рассчитыватьпоказатель коэффициент накопления (КН) покислоторастворимым формам соединений ТМ,при более детальных исследованиях – КН по непрочносвязанным их соединениям. Относительноесодержание ТМ в составе силикатоврекомендуется использовать дляопределения источника накопления(природный или техногенный).Представленные в работе результаты будутиспользованы при разработке вопросоврегионального нормирования содержаниямеди, цинка и свинца в черноземеобыкновенном. Предложены мелиоранты дляснижения подвижности цинка и свинца взагрязненном черноземе обыкновенном.

Результаты исследованийприменяются в практикесельскохозяйственного производстваРостовской области при мониторинговыхнаблюдениях в системе агрохимическойслужбы, природоохранных организаций и присоставлении мероприятий по рекультивациизагрязненных почв.

Результаты исследованийиспользуются в учебном процессе при чтениилекций по курсам «Химия почв», «Химическоезагрязнение почв», «Термодинамика почв»,«Избранные главы химии почв»,«Экологические функции почв» на кафедрепочвоведения и агрохимии Южногофедерального университета и«Экотоксикология», «Охрана окружающейсреды», «Сельскохозяйственная экология»на кафедре агроэкологии Донскогогосударственного аграрного университета(ДонГАУ).

Защищаемыеположения

1. Системаметодических приемов в определении иоценке группового состава и подвижностисоединений металлов на основекомбинированной схемы фракционированияобеспечивает получение надежнойинформации для оценки экологическогосостояния почв.

2.Полифункциональность почвенныхкомпонентов в прочном и непрочномзакреплении ТМ обусловливает многообразиеих форм, которые представляют собойконтинуальный ряд соединений,объединяемых единым направлениемтрансформации от менее устойчивых кболее устойчивым.

3.Поглощение металлов почвой представляетсобой совокупность процессовпоследовательной аккумуляции их различныхсоединений. Соединения металлов в почвах,образованные в результатепоглощения их изантропогенных источников, менее устойчивы,чем природные.

4.Групповой состав соединений металловопределяет барьерные функции почв. Увеличение долинепрочно связанных соединений ТМ в почве вусловиях загрязнения неблагоприятноотражается на свойствах почв, состояниирастений и качестве продукции.

5. Выбор иэффективность мелиорантов при загрязнениипочв определяются групповым составомсоединений ТМ.

Апробация работы.Результаты исследований,представленные в диссертационной работе,доложены и обсуждены на I и II Международнойнаучной конференции «Современные проблемызагрязнения почв» (Москва, МГУ, 2005, 2007); IV, V,VI, VII, VIII, IX Международной конференции побиогеохимии следовых элементов(Калифорния, США, 1997; Вена, Австрия, 1999; Гелф,Канада, 2001; Упсала, Швеция, 2003; Аделаида,Австралия, 2005; Китай, Пекин, 2007); XV, XVI, XVII, XVIIIМеждународном Конгрессе почвоведов(Акапулько, Мексика, 1994; Монтпелье, Франция,1998; Бангкок, Тайланд, 2002; США, Филадельфия,2006); II, III, IV съезде Докучаевского обществапочвоведов (Санкт-Петербург, 1996; Суздаль,2000; Новосибирск, 2004); 1-й и 2-й Международнойгеоэкологической конференции«Геоэкологические проблемы загрязненияокружающей среды тяжелыми металлами»(Тула, 2003, 2004); II, IV Международнойнаучно-практической конференции «Тяжелыеметаллы, радионуклиды и элементы-биофилы вокружающей среде» (Семипалатинск,Казахстан, 2002, 2004); III КонгрессеМеждународного общества по охране почв«Человечество и почва в 3-м тысячелетии»(Валенсия, Испания, 2002); 1-ой Международнойнаучной конференции «Деградациипочвенного покрова и проблемыагроландшафтного земледелия» (Ставрополь,2001); X Международнойконференции Международного общества поорганическому веществу почв (Тулуза,Франция, 2002); Международной научнойконференции «Проблемы антропогенногопочвообразования» (Москва, Почвенныйинститут им. В.В. Докучаева, 1997).

Данная научная работавыполнена на кафедре почвоведения иагрохимии Южного федеральногоуниверситета в течение 1991-2008гг. всоответствии с планами НИР кафедры ибыла поддержана грантами РФФИ в 2004-2005 гг. (№04-04-96804), Министерства образования и наукиРоссийской Федерации в 2004г., ФЦП«Интеграция» в 2000-2003 гг. (проекты № К 0752, № А0054, Б 0103, № 30001/1497); а также грантами научастие в конференциях: ФЦП «Интеграция»;Организационного комитета XV, XVI и XVIIIКонгресса почвоведов; Дж. Сороса, грантамиМеждународного общества по биогеохимииследовых элементов для работы вкачестве члена Организационного комитетаV, VI и VII Международных конференций побиогеохимии следовых элементов.

Публикации. По материалам исследованийопубликовано 120 работ, том числе 21 вжурналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объемдиссертации. Диссертациясостоит из введения, 9 глав, выводов, спискалитературы, приложений, изложена на 441страницах машинописного текста. Содержит110 таблиц, 37 рисунков. Список литературывключает 575 наименований, в том числе 127иностранных источников. Приложениявключают 62 таблицы.

Благодарности. Автор выражает глубокуюпризнательность проф. Г.В. Мотузовой, проф.В.С. Крыщенко, проф. О.Г. Назаренко, проф. Д.Л.Пинскому за совместную работу и ценныеконсультации.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. СОЕДИНЕНИЯ МЕДИ,ЦИНКА И СВИНЦА В ПОЧВАХ

Проведен критическийанализ литературных данных о составесоединений Cu, Zn и Pb в почвах, их свойствах,механизмах удерживания и влияющих на нихфакторов. Несмотря на имеющиеся данные осоединениях металлов в почвах,закономерности их формирования невыявлены, так как исследователямииспользуются различные представления оформах соединений ТМ, их подвижности иметодах определения.

Глава 2. ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ИЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ЛАНДШАФТОВ РЕГИОНАИССЛЕДОВАНИЙ

Территория Нижнего Донарасположена в двух почвенных зонах. Этостепи с черноземами обыкновенными июжными, и сухие степи с каштановымипочвами. Описаны физико-географическиеусловия и почвы данных зон. Общая площадь загрязнения почвРостовской области – 1145 тыс. га, из них пашни – 1080 тыс. га (Вальков,1994). Проведен анализлитературных данных по содержаниюсоединений Cu, Zn и Pb в почвах и растенияхагроландшафтов и техногенно загрязненныхландшафтов области и показаны тенденции вувеличении их содержания за 50-летнийпериод исследований.

Глава 3. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫИССЛЕДОВАНИЙ

    1. Объекты исследований

1) Чернозем обыкновенныймощный карбонатный слабогумусированный тяжелосуглинистый на лессовидныхсуглинках учебно-опытного хозяйства«Донское» ДонГАУ Октябрьского районаРостовской области (пашня),характеризующийся: 3,9 % гумуса; 53,1% физ. глины; 32,4% ила; 0,4%СаСО3; рН 7,5;состав обменных оснований (мг-экв/100г): 29,5Ca2+, 5,5 Mg2+, 0,1 Na+; содержаниеN-NO3,- 0,8 мг/100г;Р2О5 - 3,2 мг/100г, К2О - 24,8 мг/100г.

2) Каштановаясреднемощная тяжелосуглинистая налессовидных суглинках хозяйства«Прогресс» Зимовниковского районаРостовской области (пашня),содержащая 2,6% гумуса; 47,7%физ. глины; 29,5% ила; 0,1% СаСО3; рН 7,8; составобменных оснований (мг-экв/100г): 20,2 Ca2+, 4,5 Mg2+, 2,4 Na+; содержаниеN-NO3,- 0,6мг/100г; Р2О5 - 1,2мг/100г; К2О -38,0 мг/100г.

3) Черноземобыкновенный мощный слабогумусированныйтяжелосуглинистый на лессовидныхсуглинках Ростовскогогосударственного сортоучастка (ГСУ)Аксайского района Ростовской области(пашня), характеризующийся следующимисвойствами: 3,8 % гумуса; 58,0% физ. глины; 34,5% ила; 0,15%СаСО3; рН 7,5;состав обменных оснований (мг-экв/100г): 30,0Ca2+, 4,5 Mg2+, содержание N-NO3- 0,9 мг/100г; Р2О5 - 6,0 мг/100г; К2О - 35,6 мг/100г.

4) Почвы территории,прилегающей к Новочеркасской ГРЭС (НчГРЭС)(залежь) (табл. 1).

Таблица 1

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 15 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»