Влияние тяжелых металлов на растения
Химический состав растений, как известно, отражает элементный состав почв. Поэтому избыточное накопление тяжелых металлов растениями обусловлено, прежде всего, их высокими концентрациями в почвах. В своей жизнедеятельности растения контактируют только с доступными формами тяжелых металлов, количество которых, в свою очередь, тесно связано с буферностью почв. Однако способность почв связывать и инактивировать тяжелых металлов имеет свои пределы, и когда они уже не справляются с поступающим потоком металлов, важное значение приобретает наличие у самих растений физиолого-биохимических механизмов, препятствующих их поступлению.
Механизмы устойчивости растений к избытку тяжелых металлов могут проявляться по разным направлениям: одни виды способны накапливать высокие концентрации тяжелых металлов, но проявлять к ним толерантность; другие стремятся снизить их поступления путем максимального использования своих барьерных функций. Для большинства растений первым барьерным уровнем являются корни, где задерживается наибольшее количества тяжелых металлов, следующий – стебли и листья, и наконец, последний - органы и части растений, отвечающие за воспроизводительные функции. Уровень накопления тяжелых металлов разными растениями в зависимости от их генетических и видовых особенностей при одинаковом содержании тяжелых металлов в почвах.
Отмечаются случаи, когда разные сорта одной культуры, произрастающие на одинаково загрязненной почве, содержали различные количество тяжелых металлов. Данный факт, по-видимому, обусловлен присущим всем живым организмам внутривидовым полиморфизмом, способным проявить себя и при техногенном загрязнении природной среды. Это свойство у растения может стать основой генетически – селекционных исследований с целью создания сортов с повышенными защитными возможностями по отношению к избыточным концентрациям тяжелых металлов.
Несмотря на существенную изменчивость различных растений к накоплению тяжелых металлов, биоаккумуляция элементов имеет определенную тенденцию, позволяющую упорядочить их в несколько групп:
1. Cd, Cs, Rb – элементы интенсивного поглощения.
2. Zn, Mo, Cu, Pb, As – средней степени поглощения.
3. Mn, Ni – слабого поглощения.
4. Se, Fe, Ва – элементы, труднодоступные растениям.
Другой путь поступления тяжелых металлов в растения - некорневое поглощение из воздушных потоков. Оно имеет место при значительном выпадении металлов из атмосферы на листовой аппарат, чаще всего вблизи крупных промышленных предприятий. Поступление элементов в растения через листья (или фолиарное поглощение) происходит, главным образом, путем неметаболического проникновения через кутикулу. Тяжелые металлы, поглощенные листьями, могут переноситься в другие органы и ткани и включаться в обмен веществ.
Токсичность тяжелых металлов связана с их физико-химическими свойствами, со способностью к образованию прочных соединений с рядом функциональных группировок на поверхности и внутри клеток.
Таким образом, действие металлов на растительный организм зависит от природы элемента, содержание его в окружающей среде, характера почвы, формы химического соединения, срока от момента загрязнения. Формирование химического состава растительного организма определяется биохимическими особенностями различных видов организмов, их возрастом и биохимическими закономерностями связи между элементами в организме. Содержание одних и тех химических элементов в различных частях растений.
Важную роль в защите растений от избытка поступающих из почвы в корни тяжелых металлов, выполняет корневая система. Задерживая избыточные ионы, корни тем самым способствуют сохранению в наземных органах невредных (благоприятных) концентрации химических элементов.
Связывание тяжелых металлов органическими соединениями не всегда означает перевод в малоподвижное состояние. Отмечается, что некоторые комплексы тяжелых металлов с органическими лигандами способны проходить через мембраны легче, чем ионы этих металлов, и затем внутри клетки распадаться.
При сильном загрязнении среды обитания поток тяжелых металлов становится столь большим, что может наблюдаться повышенное содержание их не только в вегетативных органах, но и в органах запаса ассимилятов. Растения выглядят угнетенными (хлорозы, некрозы), снижается их продуктивность. Это указывает на нарушение течения метаболических процессов. При очень сильном загрязнении среды обитания растения прекращают развитие, гибнут.
Накопление тяжелых металлов растениями, произрастающими на загрязненных почвах, в значительной степени зависит от уровня загрязнения. Однако сильная прямая корреляция между этими показателями обнаруживается не всегда, поскольку поток тяжелых металлов из почвы в растения определяется не только валовым содержанием, но и концентрацией в почве их подвижной формы, что тесно связано с химическим составом техногенных выбросов, защитными (буферными) возможностями почвы.
Токсичные для растений концентрации тяжелых металлов в зависимости от свойств почв могут варьировать в значительной степени. Эти уровни колеблются в 2 – 5 раз для различных тяжелых металов при выращивании сельскохозяйственных культур. Критические уровни содержания тяжелых металлов в сухих растениях и растительных кормах (мг/кг вещества): для свинца 10 – 20 и 10 – 30; для никеля 26 – 154.
Уровень содержания тяжелых металлов в почве, при котором происходит снижение продуктивности растений в 5 – 6 раз, называется токсичным.
Наряду с физиологическими системами, ограничивающими поступление тяжелых металлов, растения располагает мощным аппаратом, выводящим их при выделении метаболитов. От избыточного количества тяжелых металлов растения могут освобождаться с корневыми выделениями, в процессе транспирации и дыхания. Растения транспортируют вместе с влагой значительное количество тяжелых металлов, составляющее целые проценты от их содержания в растительном организме.
Проблема избыточного накопления тяжелых металлов в растениях затрагивает широкий круг вопросов, касающихся механизмов поглощения, транспорта, метаболизма и распределения его в органах и тканях. Биогенные элементы играют существенную роль в обеспечении физико–биохимических барьеров, при проникновении тяжелых металлов в растения.
Избыточные концентрации тяжелых металлов отрицательно влияют на синтез и функции многих биохимических активных соединений: ферментов, витаминов, пигментов и др. Повышенные по сравнению с фоном концентрации тяжелых металлов существенно влияют на фотосинтетическую деятельность растений.
При изучении белкового обмена растений показано, что избыточная концентрация тяжелых металлов влияет на уменьшение содержания альбуминов и возрастает количество проламинов, глютелинов и нерастворимого остатка. Это указывает на снижение содержания лизина. Растения обладают способностью ограничивать накопление элементов – загрязнителей в надземных органах, особенно в органах запасания ассимилятов.
Растения являются хорошими индикаторами, позволяющими определить степень загрязнения почв соединениями тяжелых металлов. Степень накопления соединений тяжелых металлов в растениях определяется уровнем загрязнения почв, расстоянием от техногенного источника, количеством атмосферных выпадений и видовыми особенностями растений.
При этом повышенные концентрации соединений тяжелых металлов содержатся в корнях и листьях. Содержание соединений тяжелых металлов в растениях сельскохозяйственных районов в семь раз меньше, чем в растениях, растущих в зоне городов.
Свинец для растений – регулятор фотосинтеза. Свинец поступает в растения в основном поступает через корни, тем не менее, он способен поглощаться и через листья. Содержание свинца в растениях обычно невелико: около 0,001 – 0,002% (от массы золы), или 5 мг/кг. Основное количество свинца сосредоточено в вегетативных органах, тогда как в репродуктивных органах накапливается 4 – 7% от его количества в растениях. Верхний порог концентрации свинца не установлен. По мере роста растений свинец перераспределяются по их органам: корни, стебли, плоды и семена.
Свинец, поглощенный надземной массой растений, очевидно, не может быстро перемещаться к корням.
В небольших количествах свинец необходим для растительного организма. Его дефицит возникает при содержании в надземной части 2 – 6 мкг/кг сухого вещества.
Высокие концентрации свинца (> 800 мг/кг субстрата) приводят к заметному ингибированию скорости фотосинтеза и снижению содержания хлорофилла.
Избыток свинца ингибирует дыхание, фотосинтез, снижает поступление цинка, кальция, фосфора, серы. Вследствие этого снижается урожайность растений и резко ухудшается качество производимой продукции.
Предельно допустимой концентрацией (ПДК) свинца для почв в России является 30 мг/кг. При содержании в почве 100 – 500 мг/кг свинца наблюдается скручивание старых листьев. Менее устойчивы к его избытку злаки, устойчивы – бобовые растения.
Содержание свинца в растениях, растущих по краям автострад, почти в 10 раз превышает его обыкновенное содержание в растениях, причем абсорбция свинца происходит из воздуха, а не из почвы. В сухую погоду свинец накапливается на поверхности растений, после обильных дождей значительная часть (до половины) смывается.
Высокое содержание свинца в воздухе часто служит причиной летнего листопада деревьев (но при этом, концентрируя свинец, деревья интенсивно очищают воздух).
Для растительного организма кадмий также очень токсичен. Он легко всасывается из почвы через корневую систему, а также из атмосферы. Локализуется в основном в корнях и в меньшей степени – в стеблях, черешках и главных жилках листьев.
Токсичность кадмия для растений объясняется его близостью по химическим свойствам к цинку и замещением его во многих биохимических процессах, что приводит к нарушению активности ферментов, участвующих в белковом, нуклеиновом и других обменах, к торможению фотосинтеза, нарушению транспирации и фиксации углекислого газа, ингибированию биологического восстановления NO2в NO, изменению проницаемости клеточных мембран (вплоть до разрыва), осложнениям в поступлении и метаболизме в растениях цинка, меди, марганца, никеля, селена, кальций, магний, фосфор (этот антагонизм используют, подавляя избыточное накопление кадмия в растениях путем улучшения снабжения их указанными элементами).
До 70% кадмия, который попадает в почву, связывается с почвенными химическими комплексами, доступными для усвоения растениями. В процессах образования кадмийорганических соединений участвует и почвенная микрофлора.
Обычно содержание кадмия в растениях составляет 0,001% (на сухое вещество). В зонах повышенного содержания кадмия в почве наблюдается 20 – 30 кратное увеличение его концентрации в наземных частях растений по сравнению с растениями незагрязненных территорий. Загрязненные растения могут содержать до 400 мг/кг кадмия и больше. В противоположность другим минеральным элементам (за исключением цинка) кадмий может накапливаться в относительно больших количествах в генеративных органах. В среднем его содержание в семенах растений, растущих на загрязненных территориях, увеличивается до 4 мг/кг (в семенах растений из сравнительно «чистых» местообитаний – 0,2 мг/кг кадмия).
При повышенном содержании кадмия у растений наблюдается хлороз листьев, красно–бурый цвет их краев и прожилок, задержка роста и повреждения корневой системы. Основным источником кадмиевого загрязнения почв является внесение удобрений, особенно суперфосфата, куда кадмий входит в качестве микродобавки.
Ртуть в растительных организмах вызывает ингибирование клеточного дыхания, фотосинтеза, образования хлорофилла, газового обмена, снижение ферментативной активности. Ключевая реакция, объясняющая нарушения метаболических процессов, – взаимодействие ртути с сульфгидрильными группами аминокислот.
Хотя известно, что ртуть сильно связывается с атомами серы в аминокислотах, которые входят в состав многих белков и ферментов, она, очевидно, легко переносится в растениях.
Токсическое действие на молодой ячмень описано при содержании ртути в количестве 3 мг/кг сухой массы, а при концентрации в золе 0,01 мг/кг ртуть является очень ядовитой. Токсичность парообразной свободной ртути и некоторых метилированных соединений (метилртуть) для растений является наиболее значительной.
Повреждение растений наблюдается даже при концентрации ртути в питательном растворе 1 мкг/кг.
Симптомы отравления растений ртутью – задержка роста всходов и развития корней, торможение фотосинтеза и как следствие – снижение урожайности.
Накопление ртути в тканях корней ингибирует поглощение ионов калия растением, хотя при низкой концентрации ртути описано и ее стимулирующее действие на потребление калия.
В растениях содержится около 0,0001 мг % ртути. Минимальное ее количество (0,01–0,02 мг/кг) накапливается в растениях, растущих на почвах с низкими концентрациями ртути (до 0,10 мг/кг), но по мере повышения концентрации в почве содержание ртути в надземных и подземных органах растений увеличивается до 0,018–3,0 мг/кг. В почвах большая часть ртути депонируется гуминовыми кислотами и гумином. Увеличение содержания гуминовых кислот в почве снижает количество ртути, которая усваивается растениями, за счет образования ртуть – органических комплексов. Под влиянием микроорганизмов такие комплексы могут разрушаться с образованием металлической ртути, которая, испаряясь, вновь попадает в атмосферу.
У высших растенийтонкие корни в большей степени, чем крупные, накапливают ртуть и играют роль барьера.
Ртуть, попадающая из атмосферы в виде пара, сорбируется и прочно удерживается высшими споровыми и хвойными растениями.
Органические соединения ртути используются в сельском хозяйстве как фунгициды, пестициды. Для рекультивации земель, загрязненных ртутью, используют растения – концентраторы селена. Они способствуют «вытягиванию» ртути из более глубоких в верхние горизонты почвы и затем превращают ее в малорастворимый селенид ртути, не участвующий в биохимических процессах.
В связи с тем, что многие растения используются в пищу или корма возникает проблема взаимоотношения растений и тяжелых металлов в окружающей среде, она является актуальной и требует дальнейшего ее изучения.
Оценка уровней безопасного загрязнения почв тяжелыми металлами проводится исходя из недопустимости повышения порога адаптационной возможности наиболее чувствительной группы населения и экологической адаптационной способности почвы. Почва служит естественным барьером на пути тяжелых металлов и сдерживает их поступление в растения и сопредельные среды.
Сохранить почву в современных условиях практически невозможно, так как вся поверхность земного шара подвержена техногенному воздействию. Наиболее мощные потоки тяжелых металлов возникает вокруг предприятий черной и цветной металлургии. Урбанизация общества приводит к тому, что в почвах городов значительно повышается содержание тяжелых металлов.
1.4 Воздействие тяжелых металлов на организм человека
В последнее время все острее стоит проблема загрязнения окружающей среды вредными компонентами. К числу этих загрязнителей прежде всего относятся некоторые тяжелые металлы. Было установлено, что основным путем (до 70 %) поступления их в организм человека являются пищевые продукты. Эти исследования убедительно доказали, что неконтролируемое загрязнение пищевых продуктов токсичными металлами может вызвать серьезные последствия в организме человека.
Опасность воздействия тяжелых металлов заключается в том, что они остаются в организме человека навсегда. Хотя, употребление белков (в частности белков молока и белых грибов) способствует выведению их из организма.
Свинец является природным токсичным металлом, который встречается в земной коре. Широкое применение его вызвало масштабное экологическое загрязнение, воздействие на людей и существенные проблемы общественного здравоохранения во многих частях мира.
Свинец вызывает долгосрочные последствия у взрослых, включая повышенный риск высокого кровяного давления и повреждение почек. Влияние высокого уровня свинца на беременных женщин может вызывать выкидыши, мертворождения, преждевременные роды и низкий вес при рождении, а также незначительные пороки.
Особенно уязвимы дети младшего возраста, поскольку у них абсорбируется в 4 – 5 раз больше попадающего в организм свинца, чем у взрослых из какого – либо данного источника. Из – за присущей детям любознательности и свойственного такому возрасту желанию тянуть руки в рот, дети кладут в рот и проглатывают свинцово содержащие или покрытые свинцом предметы, например загрязненную почву или пыль и отслаивающуюся свинцовую краску. При попадании свинца в организм он распределяется между такими органами, как мозг, почки, печень и кости. В теле свинец откладывается в зубах и костях, где он со временем накапливается. Отложенный в костной ткани свинец может возвращаться в кровь во время беременности, в результате чего его воздействию подвергается плод. Не получающие достаточного питания дети в большей степени подвержены влиянию свинца, поскольку их тело абсорбирует больше свинца в случае нехватки других питательных веществ, например кальция. Наибольшему риску подвергаются дети в самом раннем возрасте (включая плод в период развития) и дети, живущие в условиях бедности.
Свинец оказывает серьезное воздействие на здоровье детей. При высоких уровнях воздействия свинец нарушает функционирование мозга и центральной нервной системы, вызывая кому, судороги и даже смерть. Дети, выжившие после тяжелого отравления свинцом, могут страдать от задержки психического развития и поведенческих расстройств. При более низких уровнях воздействия, которые не вызывают каких-либо явных симптомов и ранее считались безопасными, как сейчас выяснилось, свинец вызывает целый ряд вредных воздействий в различных системах организма. В частности, свинец влияет на развитие мозга детей и приводит к снижению коэффициента умственного развития (IQ), к поведенческим изменениям, например к сокращению продолжительности концентрации внимания и усилению антиобщественного поведения, а также к ухудшению усвоения знаний. Воздействие свинца также вызывает анемию, гипертензию, почечную недостаточность, иммунный токсикоз и токсичность для репродуктивных органов. Неврологические и поведенческие последствия воздействия свинца считаются необратимыми.
Безопасная концентрация в крови неизвестна. Но известно, что по мере усиления воздействия свинца также увеличиваются спектр и тяжесть симптомов и эффектов. Даже такое незначительное содержание свинца в крови, как 5 мкг/дл, что некогда считалось «безопасным уровнем», может приводить к снижению интеллекта у детей, поведенческим трудностям и проблемам в учебе.
Кадмий – один из самых токсичных тяжелых металлов отнесен ко второму классу опасности – "высокоопасные вещества". Как и многие другие тяжелые металлы, кадмий имеет отчетливую тенденцию к накоплению в организме - период его полувыведения составляет 10 – 35 лет. К 50 годам его общее весовое содержание в теле человека может достигать 30 – 50 мг. Главным "хранилищем" кадмия в организме служат почки (30 – 60% всего количества) и печень (20 – 25%). Остальной кадмий находится в поджелудочной железе, селезенке, трубчатых костях, других органах и тканях.
В основном кадмий находится в организме в связанном состоянии и в таком виде он менее токсичен, хотя и далеко не безвреден. Даже "связанный" кадмий, накапливаясь годами способен привести к неприятностям со здоровьем, в частности к нарушению работы почек и повышенной вероятности образования почечных камней. К тому же часть кадмия остается в более токсичной ионной форме. Кадмий химически очень близок к цинку и способен замещать его в биохимических реакциях, например, выступать как псевдоактиватор или, наоборот, ингибитор содержащих цинк белков и ферментов (а их в организме человека более двухсот).
Свое название этот «опасный» элемент получил от греческого слова, означающего цинковую руду, поскольку кадмий представляет собой серебристо–белый мягкий металл, применяемый в легкоплавких и других сплавах, для защитных покрытий, в атомной энергетике. Это побочный продукт, который получают при переработке цинковых руд.
Большие количества кадмия очень опасны для здоровья. Люди отравляются кадмием, употребляя воду и зерновые, овощи, растущие на землях, расположенных вблизи от нефтеперегонных заводов и металлургических предприятий. Появляются невыносимая боль в мышцах, непроизвольные переломы костей (кадмий способен вымывать кальций из организма), деформация скелета, нарушения функций легких, почек и других органов. Излишек кадмия может вызывать злокачественные опухоли.
Канцерогенное действие никотина, находящегося в табачном дыме, как правило, связано с присутствием кадмия.
Выделяется кадмий с калом и мочой, но не более 48 мг в день. Больше всего он накапливается в печени и почках, немного — в крови.
Чем больше развита промышленность в стране, тем больше, к сожалению, концентрация этого элемента в почве. В присутствии суперфосфатов растения усваивают кадмий в больших количествах, а если суперфосфатов мало, то кадмий может не усваиваться или усваиваться в минимальных количествах.
Ртуть принадлежит к числу тиоловых ядов. Она токсична для человека практически в любом своем состоянии и отличается широким спектром и разнообразием проявлений вредного действия.
Все люди подвергаются воздействию ртути на том или ином уровне. Большинство людей подвергается воздействию низких уровней ртути, часто постоянному воздействию (непрерывному или периодическому воздействию в течение длительного времени). Но некоторые люди подвергаются воздействию высоких уровней ртути, включая острое воздействие (кратковременное воздействие, часто менее одного дня).
Самым чувствительным к воздействию ртути является плод человека, ртуть может оказать воздействие на его развитие. Воздействие метилртути на плод во время его внутриутробного развития может происходить в результате потребления матерью рыбы или моллюсков. Это может оказать неблагоприятное воздействие на развитие мозга и нервной системы ребенка. Основным последствием воздействия метилртути на здоровье является нарушение неврологического развития. Поэтому у детей, которые на стадии внутриутробного развития подвергались воздействию метилртути, могут быть нарушены когнитивное мышление, память, внимание, речь, а также мелкая моторика и визуально-двигательная координация.
Элементарная ртуть и метилртуть токсичны для центральной и периферической нервной системы. Вдыхание паров ртути может оказывать вредное воздействие на нервную, пищеварительную и иммунную системы, легкие и почки и может приводить к смерти. Неорганические соли ртути оказывают коррозийное воздействие на кожу, глаза и желудочно-кишечный тракт и могут приводить к интоксикации почек при проглатывании.
Неврологические и поведенческие расстройства могут наблюдаться после вдыхания, проглатывания или кожного контакта с различными соединениями ртути. Симптомы включают тремор, бессонницу, потерю памяти, нервно-мышечные расстройства, головные боли, а также когнитивную и моторную дисфункцию. Умеренные, неклинические признаки интоксикации центральной нервной системы могут наблюдаться у работников, подвергавшихся воздействию элементарной ртути в воздухе на уровне 20 мгм/м3 и выше на протяжении нескольких лет. Зарегистрированы случаи воздействия на почки – от повышенного уровня протеина в моче до почечной недостаточности.
1.5 Методики определения тяжелых металлов
Разложение анализируемых проб смесью концентрированной азотной кислоты и перекиси водорода для определения кадмия и свинца.
Навеску анализируемой пробы массой 1,0 - 2,0 г помещают в стеклянный стакан, приливают 20 см3 концентрированной азотной кислоты, перемешивают и постепенно нагревают на электрической плите до температуры 95 °С, избегая бурного кипения. При уменьшении объема пробы до 10 см3, пробу охлаждают и добавляют 2 см3 33 %-ной перекиси водорода, затем снова нагревают пробу до состояния “влажных солей'". После охлаждения, к пробе добавляют 5 см концентрированной азотной кислоты и около 20 см3 бидистнллированной или деионизированной воды и выщелачивают при слабом нагревании до растворения солей, затем раствор пробы охлаждают. После охлаждения анализируемый раствор доводят бидистиллированной или деионизированной водой до объема 100 см3.
В случае, если в обработанной анализируемой пробе осталась взвесь, ее удаляют фильтрованием пробы в сухую посуду через фильтр “синяя лента”.
“Холостую пробу” готовят параллельно с партией анализируемых проб, и она содержит те же реактивы и в тех же количествах, что и анализируемые пробы.
Разложение почв для определения ртути методом «холодного пара».
В чистую коническую колбу вместимостью 100 см3 помещают навеску анализируемой пробы массой 0,25 г, добавляют 2,5 см3 концентрированной азотной кислоты и 5 см концентрированной серной кислоты. Раствор нагревают на водяной бане при температуре 95 °С в течение пяти минут. Охлаждают до комнатной температуры, добавляют 30 см3 бидистиллированной воды, 15 см3 калия марганцовокислого с массовой концентрацией 50 г/дм3. Помещают на водяную баню и при температуре 95 °С нагревают в течение 30 мин. Затем охлаждают до комнатной температуры, количественно переносят в мерную колбу на 100 см3 и доводят бидистиллированной водой до метки.
Перед выполнением измерений добавляют по каплям раствор гидроксиламина гидрохлорида по 5.8.2 до обесцвечивания раствора.
Холостой раствор готовят параллельно, используя все те же реактивы и материалы, что и для подготовки реальных проб.
2 Агрохимическое обследование сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское»
2.1 Общие сведения об объекте
Агрохимическое обследование сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» проведено Центром агрохимической службы "Хабаровский" в рамках 12-го цикла мониторинга сельскохозяйственных земель Хабаровского края.
ООО «Сергеевское» расположено в восточной части Хабаровского района. Центральная усадьба находится в 20 км от краевого центра. Основное направление деятельности организации - сельскохозяйственное производство с разведением крупного рогатого скота, производства молочной продукции. Растениеводство направлено на создание кормовой базы. В структуре посевных площадей основную часть занимают соя, кукуруза на силос, сеяные травы.
Общая площадь агрохимического обследования за 2015 год составила 2884,3 га:
- отд. Сергеевка (район с. Сергеевка) – 2884,3 га; из них пашня – 1434,4 га, пастбища – 1015,6, сенокосы – 434,3
Общая площадь агрохимического обследования за 2007 год составила 3799,5 га:
- отд. Сергеевка (район с. Сергеевка) – 3799,5 га; из них пашня – 1486,1 га, пастбища – 735,1 га, сенокосы – 1578,3
2.2 Агрохимическая характеристика земель ООО «Сергеевское»
В структуре почвенного покрова земель ООО «Сергеевское» (отд. Сергеевка) дерново-аллювиальные почвы занимают 40,4%, буро-подзолистые – 33,1%, лугово- глеевые – 14,7%, болотные аллювиальные, иловато-глеевые - 8,6% лугово-бурые – 3,2%.
Буро-подзолистые почвы формируются на высоких увалах равнины и частично по пологим шлейфам предгорий, под пологом дубовых и широколиственных лесов. Содержание гумуса не превышает 3,5%. Почвы очень бедны подвижными формами фосфора и среднеобеспеченны обменным калием, причем, их содержание с увеличением залегания по профилю уменьшается. Механический состав по всему профилю — тяжелосуглинистый. Плотность данных почв составляет 1,1 – 1,2 г/см3 .
Лугово-глеевые почвы занимают пониженные плоские элементы рельефа. В пашню входят после мелиоративного осушения. Механический состав тяжелосуглинистый и глинистый. Реакция почвенной среды кислая. Почвы очень бедны подвижным фосфором и имеют повышенную и высокую обеспеченность калием.
Дерново-аллювиальные почвы (пойменные) наиболее распространены на сенокосных угодьях в районе протоки Чепчики. Развитие почв данного типа связано с деятельностью реки Амур. К обычным условиям почвообразования прибавляется еще один фактор: периодическое отложение на поверхности свежего аллювиального наноса, новых порций минерального материала. Данные почвы имеют кислую реакцию почвенной среды, среднюю и повышенную обеспеченность подвижных фосфором, обменным калием, органическим веществом высокую гидролитическую кислотность и слабую степень насыщенности основаниями.
Во всех указанных типах почв процесс накопления гумуса ярко выражен лишь в верхнем ( 20 см) слое, где сосредоточено 45 – 55 % запасов гумуса от метровой почвенной толщи. Данные типы почв характеризуются сравнительно невысоким естественным плодородием и нуждаются в систематическом обогащении органическим веществом, хорошо отзываются на применение минеральных удобрений и химической мелиорации.
По данным агрохимического обследования почвы сельскохозяйственных угодий характеризуются среднекислой реакцией почвенной среды, со средней обеспеченностью подвижными фосфатами в отд. Сергеевка. Обеспеченность почв с/х угодий обменным калием средняя. Содержание органического вещества относит почвы сельскохозяйственного угодия ООО «Сергеевское» к группе среднегумусированных.
2.3 Изменение содержания тяжелых металлов в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское»
В связи с возрастанием антропогенного загрязнения почв соединениями техногенного происхождения проведено обследование сельскохозяйственных угодий на содержание токсичных для жизнедеятельности тяжелых металлов. Тяжелые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам, требующих санитарно-гигиенического контроля. Основными тяжелыми металлами, имеющими особо санитарно-гигиеническое значение, являются: кадмий, свинец, ртуть.
Средневзвешенная концентрация кадмия по району обследования за 2007 год варьировала в диапазоне 0,23 – 0,28 мг/кг. Максимальное валовое содержание кадмия зарегистрировано в почве отд. Сергеевка – 0,32 мг/кг, при этом норматив ОДК для суглинистых и глинистых кислых почв (pHксl <5,5) составляет 1,0 мг/кг, для нейтральных и близких к нейтральным (рНксl>5,5) – 2,0 мг/кг. (Таблица 2)
| Район обследования | Тип почвы | Площадь обследования Га | Кадмий (Cd) | ||
| Минимальное Мг/кг почвы | Максимальное Мг/кг почвы | Среднее Мг/кг почвы | |||
| Отд. Сергеевка | Буро–подзолистые | 1376,6 | 0,023 | 0,290 | 0,235 |
| Лугово–бурые | 131,5 | 0,020 | 0,240 | 0,210 | |
| Лугово–глеевые | 612,1 | 0,021 | 0,280 | 0,218 | |
| Дерново–аллювиальные | 1679,3 | 0.027 | 0,320 | 0,300 | |
| Итого | По хозяйству | 3799.5 | 0,020 | 0,320 | 0,260 |
Таблица 2 – Содержание кадмия в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» за 2007 год
Средневзвешенная концентрация кадмия по району обследования за 2015 год варьировала в диапазоне 0,26-0,30 мг/кг. Максимальное валовое содержание кадмия зарегистрировано в почве отд. Сергеевка – 0,36 мг/кг, при этом норматив ОДК для суглинистых и глинистых кислых почв (pHксl <5,5) составляет 1,0 мг/кг, для нейтральных и близких к нейтральным (рНксl>5,5) – 2,0 мг/кг. (Таблица 3)
Таблица 3 – Содержание кадмия в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» за 2015 год
| Район обследования | Тип почвы | Площадь обследования Га | Кадмий (Cd) | ||
| Минимальное Мг/кг почвы | Максимальное Мг/кг почвы | Среднее Мг/кг почвы | |||
| Отд. Сергеевка | Буро–подзолистые | 1512,8 | 0,019 | 0,32 | 0,264 |
| Лугово–бурые | 358,4 | 0,019 | 0,36 | 0,323 | |
| Лугово–глеевые | 473,6 | 0,019 | 0,32 | 0,258 | |
| Дерново–аллювиальные | 539,5 | 0,019 | 0,31 | 0,219 | |
| Итого | По хозяйству | 2884,3 | 0,019 | 0,36 | 0,259 |
Из выше представленных данных можно сделать следующие выводы, средневзвешенная концентрация кадмия по району обследования не превысила ОДК. При этом максимально зарегистрированное содержания кадмия в почве в 2015 году незначительно выросла по сравненью с показателями, полученными при обследовании в 2007 году, Но в целом среднее содержание кадмия по хозяйству осталось на том, же уровне. (Рисунок 1)
Рисунок 1 – Среднее содержание кадмия по хозяйству
Среднее содержание свинца за 2007 год отмечено на уровне 14,35 – 18,89 мг/кг. Максимальное валовое содержание свинца зарегистрировано в почве отд. Сергеевка - 38,9 мг/кг. Норматив ОДК свинца для суглинистых и глинистых кислых почв (рНсl <5,5) составляет 65,0 мг/кг, для нейтральных и близких к нейтральным (рНксд >5, 5) -130,0 мг/кг. (Таблица 4)
Таблица 4 – Содержание свинца в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» за 2007 год
| Район обследования | Тип почвы | Площадь обследования Га | Свинец (Pb) | ||
| Минимальное Мг/кг почвы | Максимальное Мг/кг почвы | Среднее Мг/кг почвы | |||
| Отд. Сергеевка | Буро–подзолистые | 1376,6 | 14,50 | 39,0 | 17,78 |
| Лугово–бурые | 131,5 | 14,67 | 20,0 | 18,98 | |
| Лугово–глеевые | 612,1 | 14,53 | 19,8 | 17,53 | |
| Дерново–аллювиальные | 1679,3 | 13,40 | 33,2 | 17,75 | |
| Итого | По хозяйству | 3799.5 | 13,40 | 39,0 | 18,05 |
Среднее содержание свинца за 2015 год отмечено на уровне 15,15 – 19,91 мг/кг. Максимальное валовое содержание свинца зарегистрировано в почве отд. Сергеевка - 41,8 мг/кг. Норматив ОДК свинца для суглинистых и глинистых кислых почв (рНсl <5,5) составляет 65,0 мг/кг, для нейтральных и близких к нейтральным (рНксд >5,5) -130,0 мг/кг. (Таблица 5)
Таблица 5 – Содержание свинца в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» за 2015 год
| Район обследования | Тип почвы | Площадь обследования Га | Свинец (Pb) | ||
| Минимальное Мг/кг почвы | Максимальное Мг/кг почвы | Среднее Мг/кг почвы | |||
| Отд. Сергеевка | Буро–подзолистые | 1512,8 | 14,70 | 41,8 | 19,12 |
| Лугово–бурые | 358,4 | 14,70 | 21,5 | 20,4 | |
| Лугово–глеевые | 473,6 | 14,70 | 21,4 | 18,41 | |
| Дерново–аллювиальные | 539,5 | 14,70 | 34,3 | 19,4 | |
| Итого | По хозяйству | 2884,3 | 14,70 | 41,8 | 19,10 |
Из выше представленных данных можно сделать следующие выводы, средневзвешенная концентрация свинца по району обследования не превысила нормативы ОДК. При этом в 2015 году наблюдается незначительное увеличение содержания свинца во всех типах почв и следовательно по всему хозяйству по сравнению с показателями полученными при агрохимическом обследовании в 2007 году.
Среднее содержание свинца по хозяйству в 2015 году увеличилось на – 1,05 мг/кг что составляет 5,8 % (Рисунок 2)
Рисунок 2 – Среднее содержание свинца по хозяйству
По результатам мониторинга за 2007 год, среднее валовое содержание pтути по району обследования отмечено в диапазоне 0,017 – 0,025 мг/кг, а максимальная концентрация наблюдалась на сенокосных угодьях – 0,032 мг/кг. Норматив ПДК ртути в почве 2,1 мг/кг. (Таблица 6)
Таблица 6 – Содержание ртути в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» за 2007 год
| Район обследования | Тип почвы | Площадь обследования Га | Ртуть (Hg) | ||
| Минимальное Мг/кг почвы | Максимальное Мг/кг почвы | Среднее Мг/кг почвы | |||
| Отд. Сергеевка | Буро–подзолистые | 1376,6 | 0,014 | 0,025 | 0,024 |
| Лугово–бурые | 131,5 | 0,013 | 0,024 | 0,022 | |
| Лугово–глеевые | 612,1 | 0,013 | 0,025 | 0,023 | |
| Дерново–аллювиальные | 1679,3 | 0,013 | 0,033 | 0,026 | |
| Итого | По хозяйству | 3799.5 | 0,011 | 0,033 | 0,0247 |
По результатам мониторинга за 2015 год среднее валовое содержание pтути по району обследования отмечено в диапазоне 0,025 – 0,032 мг/кг, а максимальная концентрация наблюдалась на сенокосных угодьях – 0,035 мг/кг. Норматив ПДК ртути в почве 2,1 мг/кг. (Таблица 7)
Таблица 7 – Содержание ртути в почве сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» за 2015 год
| Район обследования | Тип почвы | Площадь обследования Га | Ртуть (Hg) | ||
| Минимальное Мг/кг почвы | Максимальное Мг/кг почвы | Среднее Мг/кг почвы | |||
| Отд. Сергеевка | Буро–подзолистые | 1512,8 | 0,014 | 0,028 | 0,024 |
| Лугово–бурые | 358,4 | 0,014 | 0,026 | 0,024 | |
| Лугово–глеевые | 473,6 | 0,014 | 0,028 | 0,026 | |
| Дерново–аллювиальные | 539,5 | 0,014 | 0,035 | 0,029 | |
| Итого | По хозяйству | 2884,3 | 0,014 | 0,035 | 0,025 |
Из выше представленных данных можно сделать следующие выводы, по результатам мониторинга валовое содержание pтути по району обследования не превышает норматив ПДК. При этом содержание ртути в 2015 году немного увеличилось по сравнению с результатами полученными в 2007 году, увеличение составило 0,0003 мг/кг, а именно увеличение составило 1,2 % (Рисунок 3)
Рисунок 3 – Среднее содержание ртути по хозяйству
В результате лабораторных исследований выявлено, что содержание тяжелых металлов в обследованных почвах не превышает значений предельно допустимых концентраций (ПДК) и ориентировочно допустимых концентраций (ОДК), установленных в гигиенических нормативах (ГН 2.1.7.2041-06, ГН 2.1.7.2511-09).
Для более подробного рассмотрения результатов проведенного агрохимического обследование сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» смотреть приложения (А,Б,В,Г,Д,Е).
2.4 Мероприятия по снижению содержания тяжелых металлов
Основные мероприятия, направленные на снижение поступления токсичных элементов из почвы в растения, следующие:
1. Известкование кислых почв. С понижением pH возрастает мобильность тяжелых металлов, известь увеличивает прочность связи их в почве путем образования труднорастворимых соединений.
2. Внесение органических удобрений в целях повышения содержания гумуса в почве. Органическое вещество обладает высокой способностью удерживать тяжелые металлы. Кроме того, органические коллоиды почвы могут образовывать с токсичными элементами стабильные комплексы типа хелатов.
3. Применение фосфорных удобрений, при котором поступление тяжелых металлов в растения может снижаться. Эффективно совместное внесение фосфорных удобрений и извести, особенно на кислых почвах.
4. Применение сидератов (зеленых удобрений) - растений, выращиваемых с целью их последующей заделки в почву для улучшения структуры почвы, обогащения её азотом и угнетения роста сорняков.
5. Бесподстилочный навоз применяемый в сочетании с измельченной соломой, оставляемой в поле после уборки урожая.
Рекультивация земель, загрязненных тяжелыми металлами, осуществляется с использованием следующих способов:
1. Культивирование устойчивых к загрязнению культурных и дикорастущих растений.
2. Рекультивация почв с помощью растений (фиторекультивация), способных накапливать тяжелые металлы в вегетативных органах.
3. Регулирование подвижности тяжелых металлов в почве. Поглощение тяжелых металлов растениями зависит от содержания их подвижных форм в почве.
4. Создание рекультивационного слоя, замена или разбавление загрязненного слоя почвы.
3 Затраты ООО «Сергеевское» на исследование почвы сельскохозяйственного назначения
3.1 Экономический механизм охраны окружающей среды
Экономическая оценка природных ресурсов – это денежное (стоимостное) выражение ценности естественных благ, которые дают природные ресурсы, т.е. их общественная полезность, измеренная через производство и потребление.
Суть экономического механизма охраны окружающей среды состоит в том, что наряду с сугубо административно-правовыми методами и средствами воздействия па участников экологических правоотношений в механизм охраны окружающей среды включаются экономические средства и методы, призванные побуждать соответствующих субъектов надлежащим образом относиться к вопросам охраны природы в процессе хозяйственной деятельности.
До недавнего времени в нашей стране источником финансирования охраны окружающей среды был только государственный бюджет. В настоящее время сформирована новая структура экономического механизма охраны окружающей среды, которая сочетает как ранее действовавшие нормы (природоресурсные кадастры, материально-техническое обеспечение и др.), так и новые экономические стимулы (плата за пользование природными ресурсами, плата за загрязнение, экологические фонды, экологическое страхование и др.). Нововведения направлены на то, чтобы сделать охрану окружающей среды составной частью производственно-коммерческой деятельности, чтобы предприниматель был заинтересован в охране окружающей среды не меньше, чем он заинтересован в выпуске конкурентоспособной продукции.
Основными задачами экономического механизма (согласно Федеральному закону от 10 января 2002 г. № 7-ФЗ «Об охране окружающей среды») являются:
1. Планирование и финансирование природоохранительных мероприятий.
2. Установление лимитов на размещение отходов, объемов выбросы и сбросы загрязняющих веществ.
3. Установление нормативов платы и размеров платежей за выбросы и сбросы загрязняющих веществ, размещение отходов и другие виды вредного воздействия.
4. Предоставление налоговых, кредитных и иных льгот при внедрении малоотходных и ресурсосберегающих технологий и нетрадиционных видов энергии, осуществлении других эффективных мер по охране окружающей природной среды.
5. Возмещение вреда, причиненного окружающей природной среде и здоровью человека.
Важным направлением в улучшении охраны природы и использования природных ресурсов является определение адекватной цены и/или экономической оценки природных ресурсов и природных услуг.
Считается, что природные ресурсы обладают стоимостью в той мере, в какой затрачен человеческий труд на их разработку, и приобретают потребительную стоимость, если они используются для развития общественного производства.
Среди имеющихся подходов к определению экономической ценности природных ресурсов и природных услуг, которые позволяют получить конкретную оценку, можно выделить затратный подход – суммирование затрат на освоение и использование (эксплуатацию) ресурса
3.2 Затраты на проведение агрохимического обследования
Агрохимическое обследование включает в себя подготовительные и аналитические работы.
Затраты ООО «Сергеевское» на агрохимического обследования представлены (Таблица 8).
Таблица 8 – Стоимость проведения обследования
| Наименование работ | Единица измерения | объем работ | Стоимость единицы руб. | сумма, руб. |
| Полевое агрохимическое обследование | 181720.5 | |||
| Подготовительные работы | 10192.9 | |||
| Подготовка и заключение договора | ||||
| Работы выполняемые в центре | хозяйство | 1029.9 | 1029.9 | |
| Работы выполняемые в хозяйстве | хозяйство | 1559.7 | 1559.7 | |
| Отбор почвенных образцов с установлением географических координат | образец | |||
| На пашне | образец | 50.81 | 4420.5 | |
| На сенокосах и пастбищах | образец | 77.63 | 3182.8 | |
| Аналитические работы | 171527.6 | |||
| Выполнение аналитических определений | ||||
| Подготовительные работы (подготовка проб) | образец | 30.38 | 3888.6 | |
| Определение тяжелых металлов: Pb,Cd,Hg, | образец | 1309.68 | ||
| Итого: | 181720.5 | |||
| РК-25% | 45430,1 | |||
| НДС-18% | 32709,7 | |||
| Всего с НДС | 259860,3 |
Из представленных данных ООО «Сергеевское» затратило на проведение агрохимического обследования 181720.5 рублей: Из них за работы по заключению договора в центре было затрачено 1029.9 рублей, за работы выполняемые на хозяйстве 1559.7 рублей.
За проведение работ по агрохимическому обследованию было отобрано 128 образцов почвенных проб. На пашне было отобрано 87 проб. Стоимость отобранной пробы на пашне составляет 50.81 рублей за одну пробу. На пастбищах и сенокосах была отобрана 41 проба. Стоимость отобранной пробы на пастбищах и сенокосах составляет 77.63 рублей – исходя из этих данных ООО «Сергеевское» затратило на полевое агрохимическое обследование 181720.5 рублей.
На Полевое агрохимическое обследование ООО «Сергеевское» была затрачена сумма с учетом НДС 259860,3 рублей.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В данной выпускной квалификационной работе была изучена динамика изменения содержания тяжелых металлов сельскохозяйственных угодий ООО «Сергеевское» расположенное в восточной части Хабаровского района. Основным направлением деятельности которой является сельскохозяйственное производство с разведением крупного рогатого скота.
В ходе рассмотрения полученных лабораторных данных за 2007 и 2015 года было установлено, что основные тяжелые металлы, имеющие особо санитарно–гигиеническое значение: кадмий, свинец и ртуть, не превышают значения ОДК и ПДК.
При проведении мониторинга по району обследования ООО «Сергеевское» наблюдается динамика изменений тяжелых металлов в почве:
1. Содержания pтути в почве увеличилось на 0.0003 мг/кг, что составляет 1.2 %.
2. Содержание свинца в почве увеличилось на 1.05 мг/кг, что составляет 5.6 %.
3. Содержание кадмия в целом по хозяйству осталось неизменным.
Увеличение содержания тяжелых металлов в почве связано с урбанизацией общества, сельскохозяйственной деятельностью и природными явлениями.
Исходя из всего вышесказанного можно сделать вывод, что угодия ООО «Сергеевское» в настоящее время пригодны для использования в сельскохозяйственной деятельности.
Но учитывая динамику содержание тяжелых металлов в почве агрохимическое обследование, необходимо проводить ежегодно для своевременного выявления изменения концентрации тяжелых металлов и принятия необходимых мер для их устранения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Федеральный Закон "Об охране окружающей среды", №7-ФЗ от 10.01.2002.
2. ГОСТ 17.5.3.04–83. «Общие требования к рекультивации земель».
3. ГОСТ 27593–88. «Почвы. Термины и определения».
4. ГОСТ 17.4.3.03-85 «Охрана природы. Почвы. Общие требования к методам определения загрязняющих веществ».
5. Белюченко И. С. Вопросы защиты почв в системе агроландшафта. Научный журнал КубГАУ, № 95 – 2014 г.
6. Волошин Е.И. Загрязнение почвы тяжёлыми металлами и продуктивность растений. // Земледелие – №3 – 1998 г.
7. Громовик А.И., Йонко О.А.. Учебно-методическое пособие для ВУЗов.
8. Добровольский Г.В., Гришина Л.А. Загрязнение тяжёлыми металлами и охрана почв. М:. МГУ, 1985 г.
9. Золотарёва Б.Н., Скрипниченко И.И. Содержание и распределение тяжёлых металлов в почвах Европейской части СССР//Тенезис, плодородие и мелиорация почв. Пущино, – 1980г.
10. Лотош В.Е. Экология природопользования,– 2001 г.
11. Новицкий М.В., Донских И.Н., Чернов Д.В. Лабораторно-практические занятия по почвоведению.
12. Савич В.И., Оконская И.С. Определение уровня загрязнения почв и растений тяжёлыми металлами //Химизация сельского хозяйства – № 1 – 1992 г.
13. Садовникова Л.К. Использование почвенных вытяжек при изучении соединений тяжёлых металлов // Химия в сельском хозяйстве – № 2 – 1997 г.
14. Садовникова Л.К., Орлов Д.С., Лозановская И.Н. Экология и охрана окружающей среды при химическом загрязнении.
15. Теплая Г. А. Тяжелые металлы как фактор загрязнения окружающей среды. Астраханский вестник экологического образования № 1 – 2013 г.
16. Фомин Г.С., Фомин А.Г.. Контроль качества и экологической безопасности по международным стандартам.
17. Использование биологических объектов для изучения загрязнений окружающей среды тяжелыми металлами – http://bibliofond.ru дата обращения 01.04.16
18. Влияние тяжелых металлов на биологические свойства сапрозоонозов – http://www.scienceforum.ru дата обращения 06.04.16
19. Пути поступления тяжелых металлов в почву –http://biofile.ru дата обращения 14.04.16
20. Влияние тяжелых металлов на растения – http://biofile.ru дата обращения 25.05.16
21. Рекулитьвация земель, загрязненных тяжелыми металлами –http://ecodelo.org дата обращения 27.05.16
22. Справочник химика – http://chem100.ru дата обращения 05.06.16