Влияние приемов мелиорирования и способов обработки почвы на повышение плодородия и снижение негативного влияния тяжелых металлов на растения

• Автор: Силков, Сергей Ильич
• Шифр специальности: 06.01.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

1. ПОСТАНОВКА ПРОБЛЕМЫ И ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

ф 1.1. Актуальность исследований

1.2. Цели и задачи исследования

1.3. Научная новизна результатов исследований

1.4. Апробация работы и публикации

2. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ НА ИССЛЕДОВАНИЕ

2.1. Обработка почвы и подбор культур в севооборотах на почвах загрязненных тяжелыми металлами

2.2. Содержание химических элементов в окружающей среде

Их ВЛИЯНИЕ на плодородие почвы

Ф 2.3. Влияние химических элементов на рост и развитие растений

2.4. Влияние химических элементов на качество растительной продукции

2.5. Влияние свойств почвы на формы тяжелых металлов
2.6. Анализ методов санации почв и мелиорирующих средств
2.7. Анализ влияния способов заделки мелиорантов на улучшение агрохимических показателей почвы и нейтрализацию загрязнителей
3. ПОЧВЕННО-КЛИМАТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
3.1. Почвы зоны и опытных участков
3.2. Климатические условия северной лесостепной зоны Челябинской области И метеорологические условия в годы проведения опытов
3.3. Программа и методы исследований
3.4. Агротехника в опыте
ф ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
4. ВЛИЯНИЕ СПОСОБОВ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРИЕМОВ МЕЛИОРАЦИИ ТЕХНОГЕННО-ЗАГРЯЗНЕННЫХ ПОЧВ НА СНИЖЕНИЕ НЕГАТИВНОГО ВЛИЯНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
4.1. Влияние способов обработки загрязненных почв на изменение
АГРОХИМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ, УРОЖАЙНОСТЬ И КАЧЕСТВО
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ культур
4.2. Динамика поступления цинка и кадмия в растения яровой пшеницы и ГРЕЧИХИ
4.3. Влияние основной обработки почвы на поступление цинка и кадмия в Уф РАСТЕНИЯ ДОННИКА
4.4.АЛЛЕЛОПАТИЧЕСКИЕ свойства тестовых культур
4.5. Влияние степени загрязнения почвы тяжелыми металлами на агрохимические свойства почвы и их миграция по профилю почвы

4.6. Влияние основной обработки на биологическую активность почвы
4.7. Влияние способов заделки мелиорантов техногенно загрязненных почв
НА СВОЙСТВА ПОЧВЫ И УРОЖАЙНОСТЬ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
Выводы к главе
5. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗИ УРОЖАЯ СО СТЕПЕНЬЮ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
5.1. Фотосинтетическая деятельность ПОСЕВОВ ЯРОВОЙ ПШЕНИЦЫ и гречихи
5.2. Влияние цинка и кадмия на развитие растений и урожайность зерна яровой пшеницы
5.3. Влияние цинка и кадмия на структуру урожая гречихи
5.4. Влияние цинка и кадмия на урожайность сухой массы донника
5.5. Анализ влияния степени загрязнения почвы цинком и кадмием на качество сельскохозяйственных культур
5.5.1. Влияние цинка и кадмия на качество яровой пшеницы
5.5.2. Влияние цинка и кадмия на качество гречихи
5.5.3. Влияние цинка и кадмия на качество донника
5.6. Влияние основной обработки почвы на поступление цинка и кадмия в
СОРНЫЕ РАСТЕНИЯ
Выводы К ГЛАВЕ
6. БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО СПОСОБАМ ЗАДЕЛКИ МЕЛИОРАНТОВ И СНИЖЕНИЮ ПОСТУПЛЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В РАСТЕНИЯ
6.1. Биоэнергетическая эффективность производства с.-х. культур на почвах загрязненных цинком и кадмием при основной обработке почвы
6.2. Биоэнергетическая оценка внесения мелиорантов и способов их
заделки
Выводы к главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
РЕКОМЕНДАЦИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМУ ПРОИЗВОДСТВУ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
По данным иностранных и отечественных ученых [104; 183; 186] в результате работы металлургических предприятий ежегодно на поверхность Земли поступает 121500 т цинка, 8900 т свинца, 1860 т кадмия, 154650 т меди, 12000 т никеля, 765 т кобальта, 1500 т молибдена, 30 т ртути. Вследствие сжигания угля и нефти, на поверхность Земли выпадает ежегодно 1600 т ртути, 3600 свинца, 2100 меди, 7000 цинка, 3700 никеля. С выхлопными газами транспортных средств на земную поверхность попадает 260000 т свинца в год или в 3 раза больше чем от всех металлургических предприятий. Загрязнение почвы техногенными выбросами, содержащими тяжелые металлы, часто превышают допустимые пределы для возделывания сельскохозяйственных культур. Как правило, эти почвы не пригодны для использования в с.-х. производстве.
Ежегодно промышленные предприятия Челябинской области выбрасывают в окружающую среду около 5 млн. т загрязняющих веществ, в т.ч. около 800 т тяжелых металлов, из которых на долю хрома приходится - 222 т, никеля - 180 т, свинца — 144 т, меди — 95 т, ванадия — 88 т. Кроме того, автомобильный транспорт выбрасывает в атмосферу свыше 370 тыс. тонн токсичных соединений [128]. Большая часть загрязнителей накапливается в почве и создает неблагоприятную экологическую обстановку.
Наибольшую степень загрязнения имеют почвы на территориях, прилегающих к промышленным центрам, при этом она зависит от расстояния до источника загрязнения и направления господствующих ветров. Только одно предприятие г. Челябинска - ОАО «МЕЧЕЛ» выбрасывает в атмосферу 20 вредных веществ 1; 2; 3 и 4 классов опасности, в количестве до 192 тыс. тонн в год, в том числе до 84 тыс. пыли, содержащей окислы опасных металлов 1 и 2-го класса опасности. По загрязнению атмосферы вредными веществами комбинат относится к 1-му классу опасности. Наибольшую опасность вызывают загрязнения свинцом, никелем, марганцем, хромом и т.д.
Наши исследования, проведенные в Сосновском районе, прилегающем к ОАО «Мечел» показали, что загрязнение почвы составляет выше ПДК никелем - 2.2%, хромом - 1.6%, кобальтом - 7.8% от обследованной площади. Загрязненными оказались 8% площади с.-х. угодий. Негативное влияние на физико-химические свойства почв оказывают кислотные выбросы промышленных предприятий. По данным Ю.Д. Кушниренко [90] в среднем за 3 года в атмосферу выброшено более 800 тыс.т. окислителей-диоксидов серы, азота и углерода, которые при взаимодействии с атмосферной и почвенной водой образуют кислоты. Кислотные выбросы увеличивают степень кислотности почвы, уменьшают поглотительную способность и буферность почвы, увеличивают подвижность органического вещества и щелочноземельных металлов и миграцию их в нижнюю часть почвенного профиля.
Суммарная плотность загрязнения земель Челябинской области тяжелыми металлами, радионуклидами, а также территории, занятой техногенными отходами составляет 50 тыс. кв. км, или 56% всей территории области.
Таблица 17. Сравнительные характеристики известковых мелиорантов
Показатели Феррохромовый шлак Цементная пыль Ис
1 2 3
Содержание СаО, % 46 51 53
MgO, % 9 3 1
В пересчете на СаСОз, % 89.0 94.1 97
SiO, % 30 20 -
А12Оз, % 8 6 -

",
к2о, % - 12 -
Ре203, % - 5 -
Вид удобрения Пылевидный
Влажность, % Не более 2 2< 2<
Содержание вредных примесей 10 000 4 000 -
Сг, мг/кг - - следы
Сг-водораствор, мг/кг - -
Мп 2 500 320 -
Си 10 - -
Ванадий ' 22 40 -
Цинк - 220 -
Мышьяк - 100 0
Свинец - 2 200 -
Ртуть - менее 1 -
Кадмий - 30 -
Использование феррохромового шлака в Челябинской области лимитируется по одному элементу — по хрому. Но в феррохроме концентрация хрома настолько высока, что даже при однократном внесении мелиоранта в почву при дозах 4-6 т/га, валовое содержание хрома даже не в загрязненной почве превышает ПДК по этому элементу. Хром может существовать в реальных условиях в валентности 0, +2, +3, +6. Хром образует три кислородных соединения. Закись хрома образует три кислородных соединения. Закись хрома СЮ, окись - Сг203 и хромовый ангидрид СЮ3. Из окислов образуются хромистые и хромовые соединения. Хром можно считать амфотерным элементом, так как два первых окисла носят основной характер, а третий является кислым. Соединения двухвалентного хрома очень неустойчивы, они легко окисляются на воздухе [63; 126; 142].
В биологических системах хром может существовать в трех и шестивалентном состояниях. Соединения трехвалентного хрома достаточно устойчивы. Трехвалентный хром легко осаждается в форме Сг(ОН)3, осаждение начинается при рН>5,3. Существование ионной формы Сг3+ наиболее вероятно в кислой среде. В щелочных условиях более вероятно существование анионной формы шестивалентного хрома СгСЦ2". Для живых организмов наиболее токсичны шестивалентный хром и его соединения. Установлено, что Сг(У1) является канцерогеном для человека и животных, проявляет мутагенную активность. Сг(У1) быстро проникает через мембрану эритроцита ДНК со сменой валентности, с последующим прочным