Эколого-агрохимические аспекты длительного применения удобрений: состояние тяжелых металлов в агроэкосистемах

• Автор: Карпова, Елена Анатольевна
• Шифр специальности: 06.01.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 341 с. : ил.

Глава 1. Объекты и методы исследования

1.1. Объекты исследования

1.1.1. Краткая общая характеристика природных условий районов исследования

1.2. Методы исследования

1.2.1. Методика определения мышьяка в растениях методом электротермической атомно-абсорбционной спектрометрией с Зеемановской коррекцией фона
1.2.2. Информативность и ограничения применения универсальных многоэлементных экстрагентов
1.2.3. Техника проведения эксперимента по кинетике перехода металлов из почвы в вытяжку 1М НС1

1.2.4. Методические проблемы фракционирования металлов в почвах

Глава 2. Агроэкосистема: особенности функционирования, структура, иерархическая организация процессов массопереноса тяжелых металлов

2.1.Особенности функционирования и структура агроэкосистемы

2.2.Процессы массопереноса химических элементов в агроэкосистеме. Системная организация
Глава 3. Соединения тяжелых металлов в почве
Глава 4. Основные факторы, определяющие состояние тяжелых металлов в
агроэкосистемах
Глава 5. Основные закономерности поглощения тяжелых металлов растениями
Глава 6. Источники поступления тяжелых металлов в агроэкосистему
6.1.Основные антропогенные источники
6.2.Агрохимические средства
6.3.Атмосферные выпадения
6.4. Ориентировочная оценка состояния агроэкосистем Московского региона

6.5. Оценка аэротехногенного потока тяжелых металлов на исследуемые территории по данным анализа снега
6.6. Оценка источников поступления ТМ в исследуемые агроэкосистемы..
Глава 7. Роль агрохимических средств в изменении состояния тяжелых металлов в почвах
7.1.Изменение агрохимических свойств почв в процессе длительного применения агрохимических средств
7.2.Взаимодействие удобрений с почвой и усиление внутрипочвенного выветривания агроэкосистемах
7.3. Оценка внутрипочвенного выветривания в исследуемых почвах
Глава 8. Состояние тяжелых металлов в почвах исследуемых
агроэкосистем
8.1.Содержание химических элементов в почвообразующих породах
8.2.Состояние тяжелых металлов в исследуемых почвах
8.2.1.Валовое содержание химических элементов в почвах
8.2.2.. Подвижные соединения тяжелых металлов в почвах
8.2.3.Формы соединений тяжелых металлов в почвах
Глава 9. Поступление тяжелых металлов в растения в условиях длительного применения удобрений
9.1. Накопление тяжелых металлов в растениях. Влияние
природных факторов и аэротехногенной нагрузки
9.2. Влияние длительного применения разных форм удобрений
на накопление тяжелых металлов растениями
9.3. Накопление металлов растениями в условиях последействия длительного внесения удобрений
9.4. Влияние несбалансированного питания растений на
поглощение ими тяжелых металлов
Выводы
Литература
Приложение

Для полноценной жизни каждого человека на Земле необходимы безопасная высококачественная пища и благоприятная экологическая среда. Получение пищевого сырья находится в сфере сельскохозяйственного производства. Агроэкосистема и ее основа - агроценоз - формируют определенную (необходимую) биопродукцию, которая характеризуется не только количественными показателями, т.е. продуктивностью, но и показателями качества.
Качество продукции это, с одной стороны, полноценный, характерный для каждого биологического вида и сорта набор белков, жиров, углеводов, витаминов, минеральных веществ, а с другой стороны - это относительная безопасность продукции, обусловленная присутствием в ней химических элементов в количествах, не превышающих установленные для человека и животных уровни потребления.
Качество биопродукции (по сравнению с ее количественным показателем или биомассой), как результирующее метаболических и регуляторных процессов в растениях, более чувствительно к загрязнению природной среды, а также к нарушению сбалансированной обеспеченности эссенциальными элементами (как макро, так и микро).
Проблема получения безопасной продукции стала наиболее актуальной в XX веке, особенно во второй его половине, что связано с возросшим общим уровнем антропогенной нагрузки на агроэкосистемы, приводящим не только к загрязнению ее компонентов тяжелыми металлами, но и к изменению их естественного состояния в почвах.
Данные наблюдений в Ротамстеде (Johnston et al., 2001) свидетельствуют о возрастании концентрации кадмия в почвах и в зерне пшеницы, ячменя и травах в период с 1908 по 1999 гг. Отмечен рост содержания свинца, цинка и меди за этот период в почвах агроэкосистем Ротамстеда. Основными причинами таких трендов авторы считают атмосферное загрязнение, а также длительное систематическое применение минеральных удобрений и навоза. (McGrath, Johnston, 2001). Причем речь не идет о локальном интенсивном загрязнении агроэкосистем в зоне действия промышленных предприятий или при внесении ОСВ. Аэротехногенные выпадения в данном случае определяются региональной и глобальной составляющими.

ПРОЧНОСВЯЗАННЫБ СОЕДИНЕНИЯ
минеральные органические
первичные вторичные минералы — тинистые | /минераяы свободные у ! оксиды и _ гидроксиды »«твори* сони органические остатки V ^рбиомасса гумусовые вещества
1 овгаио'Минеоальные 1
ПОДВИЖНЫЕ
ТВЕРДЫХ ФАЗ
адсорбированные обменные
химически свяаанные
РАСТВОР ОН -ХЭ
Н20 - Н
ПОЧВЕННЫЙ
ВОЗДУХ
БИОТА
Рис. 10. Элементарная система соединений химических элементов почвы (Мотузова, 1999).
В процессе выветривания первичных минералов происходит освобождение тяжелых металлов и вовлечение их в разнообразные реакции: вторичного минералообразования, комплексообразования, ионного обмена, корневого и микробного поглощения, а так же миграции в нижележащие горизонты.
Химическая связь металлов с вторичными соединениями как правило менее прочная, чем в составе первичных минералов. Основные активные почвенные компоненты, между которыми происходит перераспределение тяжелых металлов, -глинистые минералы, оксиды и гидроксиды железа, марганца, алюминия, органическое вещество почвы.
Фиксация тяжелых металлов глинистыми минералами может происходить в обменной и необменной форме. Основные механизмы необменного поглощения металлов глинистыми минералами были обобщены Г.В. Мотузовой (1999) и сводятся к следующему: 1). вхождению катионов или комплексных ионов металлов в потенциалопределяющий слой минералов через искажения, образованные алюмогидроксильными октаэдрами; 2). замещению катионом металла магния в