Состояние меди и цинка в системе "почва-растение" в условиях загрязнения

• Автор: Белоусова, Юлия Сергеевна
• Шифр специальности: 06.01.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 165 с. : ил.

Содержание:
Введение
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Источники поступления тяжелых металлов в почву
1.1.1. Распространение в породах и почвах
1.1.2. Техногенное поступление
1.2. Содержание и формы нахождения тяжелых металлов в почве. Подвижность и факторы ее определяющие
1.3. Содержание и физиологическая роль микро- и мезоэлементов в почвах и сельскохозяйственных растениях
1.4. Микроэлементы. Процессы в растениях: поглощение, перемещение, локализация
1.5. Физиологическая роль и фитотоксичность тяжелых металлов: меди и цинка
1.6. Влияние тяжелых металлов на макро- и микроэлементы
1.6.1. Формы взаимодействия микроэлементов и основных элементов питания
1.6.2. Влияние тяжелых металлов на содержание макроэлементов
1.6.3. Влияние тяжелых металлов на содержание микроэлементов: железа и марганца
1.7. Основные механизмы защиты растений от действия тяжелых металлов
1.8. Влияние неблагоприятных погодных условий на физиологические функции растений
1.8.1. Влияние высокой температуры
1.8.2. Влияние засушливых условий
1.9. Мероприятия по снижению подвижности тяжелых металлов в почве и накоплению в сельскохозяйственных культурах
1.10. Моделирование загрязнения в системе «почва-растение»
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1. Объекты исследования
2.2. Методы исследования
Глава 3. Результаты и их обсуждение
3.1. Влияние загрязнения почв сульфатами меди и цинка на их физико-химические показатели
3.1.1. Агрохимическая характеристика дерново-подзолистой почвы
3.1.2. Агрохимическая характеристика темно-серой лесной почвы
3.1.3. Влияние загрязнения на физико-химические показатели почв
3.2. Влияние загрязнения почв сульфатами меди и цинка на биомассу Hordeum vulgare L
3.3. Влияние загрязнения почв сульфатами меди и цинка на накопление в растениях Hordeum vulgare L. макроэлементов
3.4. Влияние загрязнения почв сульфатами меди и цинка на накопление растениями Hordeum vulgare L. микроэлементов: марганца и железа
3.5. Динамика содержания различных форм меди и цинка в почве: роль времени, условий и агрохимических средств
3.6. Динамика содержания меди и цинка в биомассе Hordeum vulgare Lроль времени и агрохимических средств
Выводы
Заключение
Список литературы

Введение
В течение длительного времени в биогеохимических исследованиях микроэлементов превалировал интерес к геохимическим аномалиям и возникающим из-за них эндемиям природного происхождения. Однако в последующие годы, в связи с бурным развитием промышленности и глобальным техногенным загрязнением окружающей среды, наибольшее внимание стали привлекать аномалии элементов, в большей степени тяжелых металлов (ТМ), имеющих индустриальное происхождение.
Медь и цинк являются важнейшими микроэлементами, которые принимают участие во многих физиологических и биохимических процессах у растений. Однако в связи с нынешним состоянием биосферы, колоссальным поступлением элементов из техногенных источников, они могут рассматриваться и как загрязняющие вещества. Избыточное содержание в почве доступных для растений соединений цинка и меди может оказывать фитотоксическое действие, проявляющееся в изменении основных физиологических процессов в растении, в том числе и нарушении механизмов поглощения биофильных элементов. В конечном счете, это приводит к снижению биомассы и качества сельскохозяйственной продукции.
Проблема загрязнения почвенного покрова ТМ в настоящее время приобретает все большую актуальность в связи с резким ухудшением состояния природной среды и негативным воздействием на здоровье людей (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Мотузова ,1999, 2000; Ильин, Сысо, 2001).
Тяжелые металлы относятся к числу приоритетных загрязняющих веществ. Способность почвы поглощать поступившие из антропогенных источников металлы и перераспределять их между компонентами имеет одно из решающих значений при формировании экологической обстановки. Изучение состава соединений ТМ в почвах и их трансформации имеет более чем 50-летнюю историю. Однако актуальность данной проблематики постоянно растет в связи с необходимостью получения адекватной оценки современного

состояния почв, прогноза их изменения, а так же поиска путей улучшения состояния загрязненных почв.
Медь и цинк относятся к одним из наиболее токсичных (в избыточных концентрациях) загрязнителям. По данным ГОСТ 14.4.1.02 - 08 меди присвоен второй класс опасности, а цинку - первый (Госстандарт, 1983).
Экологические последствия загрязнения природной среды (агроэкосистемы) ТМ имеют две отрицательные стороны. Во-первых, поступая в избыточных количествах по пищевым цепям из почвы в живые организмы, ТМ вызывают у них серьезные заболевания. Это ведет к снижению количества и качества урожаев сельскохозяйственных растений и животноводческой продукции, вызывает рост заболеваемости населения и снижение продолжительности жизни. Во-вторых, накапливаясь в почве в больших количествах, ТМ способны изменять многие ее свойства.
В первую очередь, изменения затрагивают биологические свойства почвы: снижается численность микроорганизмов, сужается их видовой состав (разнообразие), изменяется структура микробоценозов, падает интенсивность основных микробиологических процессов и активность почвенных ферментов и т.д. Сильное загрязнение ТМ приводит к изменению и более консервативных признаков почвы, таких как гумусное состояние, структура реакции среды и др. Результатом всего этого является частичная, а в ряде случаев и полная утрата почвенного плодородия (Орлов, 1991; Ильин, 1995).
Кроме того, высокие концентрации даже биологически необходимых микроэлементов, таких как медь и цинк, приводят к проявлениям фитотоксичности, в том числе и к нарушению механизмов поглощения основных биофильных элементов.
Изменения в биосфере, обусловленные антропогенной деятельностью, могут многие годы сказываться на ее состоянии, даже если внешнее воздействие вовсе прекратится. Прогноз позволяет не только наметить меры по улучшению современного состояния биосферы, но и открывает возможность для профилактики - разработки конкретных мер против тех неблагоприятных процессов, результаты которых еще явно не проявились.
синтезе белка, влияет на отток сахаров и т.д. Кроме того, калий стимулирует прорастание семян, более интенсивное развитие корневой системы, а также повышает устойчивость растения к неблагоприятным условиям среды.
ЖЕЛЕЗО участвует во многих энергетических и синтетических процессах. В основном оно находится в форме ферментов и Ре-протеинов. Дефицит его, как правило, имеет место на легких, песчаных и супесчаных, карбонатных почвах, а также на почвах с высоким содержанием усвояемых фосфатов, что можно объяснить переводом железа в малодоступное состояние. Признаки недостатка проявляются при содержании менее 25 мг/кг сух. вещества.
В почвах железо присутствует главным образом в виде оксидов и гидроксидов, находящихся в форме небольших частиц или связанных с поверхностью некоторых минералов. Однако в богатых органическим веществом горизонтах почв железо находится преимущественно в хелатной форме. Как минералы, так и органические соединения железа легко преобразуются в почвах, причем органическое вещество оказывает существенное влияние на образование оксидов железа. Эти оксиды даже в сходных условиях не могут быть аморфными, полукристаллическими или кристаллическими. Преобразование соединений железа осуществляется также микроорганизмами. Некоторые виды бактерий (например, Metallogenium зр.) вовлекаются в круговорот этого элемента и могут аккумулировать его на поверхности живых клеток.
Как правило, концентрация железа в почвенных растворах при обычных уровнях pH изменяется от 30 до 550 мкг/л, а в очень кислых почвах она может достигать 2000 мкг/л. Минимальные содержания растворимого железа отмечаются при щелочных значениях pH. Именно поэтому кислые почвы более обогащены растворимым неорганическим железом, нежели нейтральные и щелочные. Таким образом, катионы Ре2+ в кислых анаэробных почвах могут достигать токсичных для растений уровней, а в щелочных хорошо аэрируемых