Распределение и миграция химических элементов в системе "почва-растение" в природных и техногенных условиях Приангарья

• Автор: Гордеева, Ольга Николаевна
• Шифр специальности: 25.00.36
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Краткая характеристика территории исследования

1Л. Природные условия

1.2. Техногенные источники загрязнения

ГЛАВА 2. Сорбционные свойства почвы и формы нахождения в ней химических элементов

2.1. Формы нахождения химических элементов в науках о земле

2.1.1. Техногенез и защитная функция почвы

2.1.2. Сорбционные свойства почвы

2.2. Основные подходы к изучению форм химических элементов

в почвах
2.3. Метод фракционирования в геоэкологических исследованиях
2.4. Краткая эколого-геохимическая характеристика химических элементов
ГЛАВА 3. Объекты и методы исследования
3.1. Объекты исследования. Пробоотбор и пробоподготовка
3.2. Методы исследования
3.2.1. Химико-аналитические методы
3.2.2. Постадийные вытяжки из почв
ГЛАВА 4. Распределение и формы нахождения химических элементов
в природных и техногенных почвах Приангарья
4.1. Общее распределение химических элементов в почвах
4.2. Межэлементные взаимосвязи в почвах г. Свирска
4.3. Формы нахождения химических элементов в почвах
ГЛАВА 5. Миграция химических элементов в системе «почва-растение»
5.1. Дикорастущие растения и грибы
5.2. Сельскохозяйственные растения
5.3. Особенности бионакопления ртути
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. Изучение закономерностей мобилизации и миграции тяжелых металлов (ТМ) в системе «почва-растение» в техногенных экосистемах является одной из актуальных научных проблем. В настоящее время эколого-геохимические исследования в условиях техногенеза базируются в основном на изучении распределения валовых содержаний элементов. Проблема исследования форм нахождения токсичных элементов в почвах, затронутых техногенным загрязнением, остается недостаточно изученной. Это касается и промышленно освоенной территории Приангарья, где геоэкологические исследования такого рода практически не проводились, о чем свидетельствуют имеющиеся литературные данные. Между тем, в условиях техногенеза многие химические элементы качественно меняют естественные геохимические формы миграции на более подвижные легкорастворимые и доступные для растений. Среди них большую роль играют низкомолекулярные органические соединения, обладающие повышенной токсичностью для живых организмов. Это в первую очередь относится к соединениям Сё, РЬ, Н§, Аб.
Научная новизна и теоретическая значимость. Впервые проведено комплексное исследование, включающее изучение форм нахождения элементов в гумусовом горизонте и по профилю почв. Представлены валовые содержания химических элементов в природных и техногенных почвах Приангарья. На основе валовых содержаний Ав и ТМ построены схемы распределения их в почвах г. Свирска. Установлена взаимосвязь между подвижностью химических элементов в почвах и накоплением их растениями. Проведена оценка биодоступности необходимых элементов питания для различных видов культурных и дикорастущих растений.
Объектом исследования являются в различной степени загрязненные почвы и растения промышленных городов Свирск и Усолье-Сибирское. На территории и в окрестностях г. Свирска распространены дерново-карбонатные и черноземные почвы, в г. Усолье-Сибирское и его окрестностях - серые лесные и дерново-карбонатные почвы. В пределах обоих городов отобраны окультуренные
дерново-карбонатные почвы дачных участков, приусадебных хозяйств. Для сопоставления в 15 км от г. Свирска отбирались окультуренные черноземы, в 30 км от г. Усолье-Сибирское - окультуренные дерново-карбонатные почвы. С целью сопоставления данных изучались дерново-карбонатные и черноземные почвы Усть-Ордынского Бурятского округа, где нет химических производств, а основными источниками загрязнения являются выбросы автотранспорта, котельных, сельскохозяйственные удобрения.
Одновременно с почвами изучались различные виды дикорастущих и сельскохозяйственных растений, высших грибов. Исследовалось бионакопление химических элементов в березовом соке в природных и техногенных условиях.
Методы исследования. В работе использовались современные методы . анализа почвенных и растительных образцов. Валовые содержания химических элементов в почвах и растениях определялись рентгено-флуоресцентным недеструктивным, атомно-абсорбционным методами и 1СР-МБ. Экстракция различных форм элементов из почв осуществлялась по методикам постадийных вытяжек [91, 183]. Концентрации элементов в полученных фракциях
анализировались атомно-абсорбционным методом. Анализ березового сока осуществлялся методом 1СР-МБ. Измерение во всех образцах окружающей среды проводился атомно-абсорбционным методом.
При обработке и интерпретации данных применялись методы статистической обработки, сопоставления с другими регионами России.
Достоверность научных положений. Исследования основаны на анализе 687 проб, из них 430 проб почв, 116 проб дикорастущих и 85 проб сельскохозяйственных растений, 22 пробы березового сока, 34 пробы грибов. В почвах, растениях, березовом соке, грибах изучен широкий спектр химических элементов - Аэ, Сс1, РЬ, Н§, Си, 2п, Сг, №, Со, Бе, А1, Мп, Мд, Са, №, К, Р. Определено количество органического углерода (Сорг) в почвах, рНводн почв.
Целью данной работы является изучение особенностей распределения, миграции и накопления химических элементов в почвах и растениях в природных и техногенных условиях Приангарья.

Рис. 2.1. Ионные формы и превращения соединений ртути в почвах, по данным [68]. 1 - восстановление, 2 - окисление, 3 - образование органических соединений, 4 - гидролиз. Я - органические радикалы: СН3, СН3СН2, С6Н5.
Таким образом, накопление Н£ в почве контролируется образованием органических комплексов и осаждением. Подвижность ^ зависит от процессов растворения и биологического разрушения органортутных соединений [68, 199, 213].
Среди органических соединений Щ важную роль играет метилртуть, в образовании которой участвуют микроорганизмы. В этой форме Нё высоко подвижна и легко поглощается живыми организмами, в том числе высшими растениями. Некоторые типы бактерий и дрожжей способны восстанавливать катион Н§2 до элементарного состояния Н§° [68].
Вследствие техногенного влияния (металлургия, хлорно-щелочное производство, применение Щ-содержащих фунгицидов, орошение сточными водами и др.) и некоторых природных процессов (дегазация и термальная активность Земли) происходит накопление Н£ в верхних органогенных горизонтах почв [68]. Ртутное загрязнение биосферы влечет за собой негативные последствия, так как Щ (особенно ее органические соединения), высоко токсична. Жизненная необходимость Н§ для биоты не доказана [64].
Медь относительно распространена в земной коре (кларк 0,006 %). Высвобождаемые при выветривании минералов ионы Си легко связываются компонентами почв. В результате Си относительно малоподвижна в почвах.