ФГБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» На правах рукописи
advertisement
ФГБОУ ВПО «НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» На правах рукописи Фещенко Валентина Петровна МОНИТОРИНГ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ НА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДЬЯХ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ 03.02.08 − Экология ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата биологических наук Научный руководитель: доктор биологических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Наплекова Надежда Николаевна Новосибирск 2014 2 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………..4 1 ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ……………..……………………………...11 1.1 Тяжёлые металлы и их экологическая опасность для экосистем....…………...11 1.2 Техногенное поступление тяжёлых металлов в агроэкосистемы.......................17 1.3 Экологические риски агрогенного поступления тяжёлых металлов в агроэкосистемы.…………………………………………………………………….…21 1.4 Влияние тяжёлых металлов на биологическую активность и фитотоксичность почв.……………………………………………………………………………………28 1.5 Тяжёлые металлы в растениях….……………………………..….……..……….34 1.6 Пути снижения негативного воздействия тяжёлых металлов на агроэкосистемы………………………………………………………………………..37 2 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ…………... ……….....42 2.1 Природно-климатические условия Новосибирской области.………………….42 2.2 Характеристика почв Новосибирской области..………….……………………..44 2.3 Объекты и методы исследований.………………………………………………..47 2.4 Метеорологические условия в период проведения исследований..…...………54 3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ АГРОЭКОСИСТЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ ПО СОДЕРЖАНИЮ КАДМИЯ, СВИНЦА, ЦИНКА И МЕДИ (НА ПРИМЕРЕ РЕПЕРНЫХ УЧАСТКОВ ЛОКАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА)…….……………...57 3.1 Содержание тяжёлых металлов в почвах исследуемых агроэкосистем..……...57 3.1.1 Динамика содержания тяжёлых металлов в пахотном горизонте почвы.......57 3.1.2 Закономерности распределения тяжёлых металлов в разных типах почв....64 3.1.3 Распределение тяжёлых металлов в почвах разного гранулометрического состава………………………………………..……….…………………………….....72 3.1.4 Особенности распределения тяжёлых металлов в почвах разных природногеоморфологических районов…..………………………….………………………...76 3 3.1.5 Экологическая оценка уровней концентрации тяжёлых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий….……..……………………...……………………...82 3.2 Содержание тяжёлых металлов в растениях исследуемых агроэкосистем………………………………………………..…………..……………86 3.2.1 Уровни концентрации тяжёлых металлов в овощных культурах….………..87 3.2.2 Содержание тяжёлых металлов в зерновых культурах.……………………...89 3.2.3 Аккумуляция тяжёлых металлов кормовыми культурами..………………….90 3.2.4 Особенности распределения тяжёлых металлов по органам растений.……..93 3.3 Тяжёлые металлы в системе почва – растение.…………………………………95 3.4 Особенности накопления тяжёлых металлов сельскохозяйственными культурами, выращенными в разных природно-геоморфологических районах.....99 ВЫВОДЫ……………………………………………………………………….........103 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК………………………………………..……..105 ПРИЛОЖЕНИЯ...……………………………………………………………………126 4 ВВЕДЕНИЕ Актуальность темы. Изменение экологических параметров при загрязнении окружающей среды имеет медленный аккумулятивный эффект неблагоприятных последствий для здоровья человека, который проявляется через многие годы [Куприянов, 2010]. Антропогенное преобразование биосферы и биогеохимическая эволюция её таксонов привели к изменению поступления в пищевую цепь биофильных и экологически опасных элементов вследствие истощения плодородия и загрязнения почв [Сысо, 2007]. В результате интенсивного промышленного и сельскохозяйственного использования природных ресурсов существенно изменились циклы многих химических элементов, в том числе тяжёлых металлов (ТМ) – трансформировались направления и темпы миграции данных элементов, переместились зоны их выноса и накопления [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Особую обеспокоенность вызывает намечающаяся тенденция к концентрированию в организме человека, относительно кларка биосферы, цинка, кадмия и свинца [Барановская, 2011]. Техногенные факторы, вызывающие загрязнение окружающей среды, относятся к наиболее существенным [Назарюк, 2004]. С развитием промышленности загрязнение биосферы тяжёлыми металлами увеличивается, причём негативному воздействию подвергаются в различной степени все её компоненты [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Атмосферные выбросы промышленных предприятий: заводов цветной и чёрной металлургии, ТЭЦ, предприятий по производству оборудования, станков и т.д. – значительно загрязняют почвенный покров, существенная доля в этом процессе принадлежит автотранспорту [Ильин, Сысо, 2001]. Освоение земель для сельскохозяйственного использования изменяет интенсивность и направление миграции химических элементов [Ильин, 1973]. Для решения важнейшей задачи земледелия: обеспечение стабильного роста урожаев при высоком качестве продукции, предстоит увеличить объемы 5 внесения минеральных удобрений [Государственная программа …, 2012]. Вместе с тем, по мнению некоторых авторов [Духанин, 2003; Безуглов, Гогмачадзе, 2009; и др.], применение удобрений может привести к увеличению содержания тяжёлых металлов в почве. В минеральных удобрениях, наряду с необходимыми для растений элементами питания, могут содержаться и загрязняющие примеси, в том числе тяжёлые металлы [Алексеев, 2008; Карпова, 2008; и др.]. Применение органических удобрений с целью уменьшения экологической нагрузки на агроэкосистемы проблему загрязнения не решит. По мнению многих авторов [Минеев, 1988; Синявский, Борисков, 1997; Ряполов, 2002; Mantovi и др., 2003; и др.], они содержат повышенные концентрации тяжёлых металлов. Применение в качестве удобрений осадков сточных вод различного происхождения, более опасно с точки зрения возможности загрязнения почв тяжёлыми металлами. Несмотря на высокое содержание питательных элементов в них, концентрации загрязнителей могут достигать значительных величин [Духанин, 2003]. На аккумуляцию тяжёлых металлов в почвах влияют не только антропогенные, но и природные факторы [Назарюк, 2004]. Показано, что валовое содержание тяжелых металлов в почве зависит от почвообразующей породы, от её литохимической основы. Почвы наследуют элементный химический состав материнской породы и уже сложившееся распределение тяжелых металлов между гранулометрическими фракциями. Основные компоненты гранулометрического состава (песок, пыль, ил) в разной степени насыщены тяжелыми металлами, содержание которых в песчаных частицах очень низкое и значительно больше в пылеватых и илистых частицах [Ильин, Сысо, 2001]. На уровень концентрации тяжёлых металлов оказывают влияние различные свойства почв: реакция почвенного раствора, количество органического вещества, гранулометрический состав. Кроме того, влияют формы соединения металлов, процессы миграции в почвенно-грунтовом слое, почвообразующие породы [Виноградов, 1957; Ковда, Якушевская, Тюрюканова, 1959; Брукс, 1982; Химия тяжёлых ... , 1985; Кабата- 6 Пендиас, Пендиас, 1989; Понизовский, Мироненко, 2001; Сысо, 2007; Browman, Spalding, 1984; и др.]. Накопление тяжёлых металлов в объектах природной среды: водоёмах, почвообразующих породах и почвах, обнаруживается вблизи месторождений цветных и редких металлов [Свинец в окружающей … , 1987; Мальгин, 2003]. Экологический кризис (загрязнение окружающей среды тяжёлыми металлами) касается каждого из нас, проживающих на планете Земля [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Тяжёлые металлы относятся к числу наиболее опасных для природной среды химических загрязняющих веществ. Они перемещаются из одного природного резервуара в другой, взаимодействуя с различными категориями живых организмов, оставляя негативные последствия этого взаимодействия. Результаты их действия могут возникать неожиданно на отдельных уровнях трофических цепей [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999] с выраженным кумулятивным эффектом [Красницкий, 2001]. Наибольшую опасность эти элементы представляют для человека, находящегося на вершине цепи питания и получающего с продуктами до 50 % экотоксикантов [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Попадая в почву, значительная часть тяжёлых металлов закрепляется в ней [Ильин, Сысо, 2001]. Природное кларковое содержание тяжелых металлов в почвах и растениях является отсчетом при определении загрязнения экосистем. Превышение этих уровней свидетельствует о загрязнении, которое может быть вызвано как естественными процессами, так и хозяйственной деятельностью [Алексеев, 2008]. Хозяйственная деятельность приводит к обогащению биосферы металлами, к возникновению сельскохозяйственных геохимических угодий, на аномалий которых уже и росту необходимо площадей проводить детоксикационные мероприятия. Тенденция накопления наиболее токсичных тяжёлых металлов (ТМ) в почвах сельскохозяйственных территорий вызывает необходимость регулярного контроля за их содержанием, а на загрязнённых почвах – применения системы агротехнических и агрохимических мероприятий по их детоксикации [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Сложно производить 7 экологически безопасную продукцию при загрязнении хотя бы одного компонента агроэкосистемы. В связи с этим актуальность изучения содержания тяжелых металлов в системе почва – растение очевидна. Новосибирская область является сложным регионом как в почвенно- геохимическом, так и в почвенно-агрохимическом отношении. Антропогенное воздействие на окружающую среду усиливает природное неблагополучие, что приводит к нарушению поступления химических элементов в пищевую цепь [Ильин, Сысо, 2001]. Проблема загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами особенно актуальна для биологической цепи почва – растение – человек. Значительная часть тяжёлых металлов, попадая в почву, закрепляется, поглощается растениями и поступает в пищевые цепи. Чтобы оценить уровень загрязнения, необходимо провести анализ данных экологического мониторинга конкретного района. Поэтому вопросы, связанные с изучением уровня содержания тяжёлых металлов в почвах и растениях сельскохозяйственных угодий, выявление степени загрязнения компонентов агроэкосистем обладают экологической значимостью и актуальностью. Степень разработанности темы. Изучение загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами не является новой областью исследований. В различных источниках освещены вопросы загрязнения почв и растений тяжёлыми металлами и пути решения проблем, связанных с ним [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999; Овчаренко, 2000; Ильин, Сысо, 2001; Сысо, 2007; Красницкий, 2001; Добровольский, 2006; Алексеев, 2008; Просянникова, 2010; Синдирёва, 2011 и др.]. Вместе с тем исследования по длительному наблюдению за динамикой тяжёлых металлов в агроэкосистемах Новосибирской области отсутствуют. Цель компонентов исследования: агроэкосистем оценить экологическое сельскохозяйственных состояние угодий основных Новосибирской области по содержанию тяжёлых металлов. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: 8 1. Изучить содержание тяжёлых металлов (кадмий, свинец, цинк, медь) в почвах сельскохозяйственных угодий Новосибирской области за 10 лет (2002 2011 гг.). 2. Определить уровни концентрации тяжёлых металлов в растениях агроценозов сельскохозяйственных угодий. 3. Изучить распределение тяжёлых металлов по органам растений и в системе почва – растение. 4. Выявить закономерности распределения тяжёлых металлов в агроценозах сельскохозяйственных культур в зависимости от природно-геоморфологических районов Новосибирской области. 5. Дать экологическую оценку уровней концентрации тяжелых металлов в компонентах агроэкосистем сельскохозяйственных угодий. Научная новизна. Впервые обобщены многолетние данные по содержанию тяжёлых металлов в почвах и сельскохозяйственных культурах Новосибирской области на реперных участках локального мониторинга. Проведён комплексный анализ данных экологического мониторинга по содержанию кадмия, свинца, цинка и меди в агроэкосистемах сельскохозяйственных угодий. Выявлены характер распределения и динамика валового содержания тяжёлых металлов в основных компонентах агроэкосистем. Дана оценка экологического состояния агроэкосистем сельскохозяйственных угодий Новосибирской области по содержанию тяжёлых металлов. Теоретическая и практическая значимость работы. Результаты исследования расширяют сведения о содержании тяжёлых металлов в почвах и растениях сельскохозяйственных угодий Новосибирской области. Выявлены компонентах уровни концентрации агроэкосистем тяжёлых металлов сельскохозяйственных угодий. в основных Материалы диссертации можно использовать для диагностики состояния экосистем, разработки стратегии рационального, сельскохозяйственного производства. экологически безопасного ведения 9 Материалы диссертации используются в учебном процессе Новосибирского государственного аграрного университета при подготовке бакалавров, специалистов и магистров по направлению «Агрохимия и агропочвоведение», специальность «Агроэкология». Методология и методы исследования. Методологической основой исследования послужили экспериментальные методы – наблюдение, сравнение, обобщение, анализ, а также использованы основные положения методологии экологического мониторинга, физико-химический, агрохимический, атомноабсорбционный методы и метод математической статистики. Основные положения, выносимые на защиту: 1. При современном уровне земледелия в Новосибирской области в почвах сельскохозяйственных угодий содержание свинца, цинка и меди за период с 2002 по 2011 г. не увеличилось, выявлено повышение концентрации кадмия на отдельных участках. Содержание и распределение металлов в почвах обусловлено в основном их гранулометрическим составом. 2. Уровни содержания тяжёлых металлов в почвах и растениях изучаемых агроэкосистем не превышают их предельно допустимую концентрацию и не представляют опасности для окружающей среды, они объективно отражают уровень антропогенной нагрузки и степень агрогенного влияния на агроценозы. 3. В растительной продукции агроценозов содержание цинка и меди свидетельствует об их дефиците для растений и животных, а также в системе почва – растение. Ухудшение минеральной полноценности сельскохозяйственных культур из-за недостатка цинка и меди, указывает на дефицит в почвах доступной для растений формы. Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность исследований обеспечивалась достаточным объёмом полученного материала, проведением аналитических работ в аккредитованной лаборатории, применением стандартных образцов и статистической обработкой полученных результатов. Результаты исследований докладывались на X, XI Международной научнопрактической конференции «Химия и жизнь» (Новосибирск, 2011; 2012); IX 10 региональной научно-практической конференции молодых учёных вузов Сибирского федерального округа «Инновации молодых учёных аграрных вузов – агропромышленному комплексу Сибирского региона» (Омск, 2011); внутривузовской научно-практической конференции аспирантов по истории и философии науки «Экология знания – новое научное направление» (Новосибирск, 2011); внутривузовской научно-практической конференции аспирантов на немецком языке «Современные проблемы и тенденции развития АПК в Сибири» (Новосибирск, 2011); LXXIII Всероссийской научно-практической конференции молодых учёных, аспирантов и студентов «Молодёжная наука 2013: технологии, инновации» (Пермь, 2013). Публикации опубликовано 13 результатов научных исследования. работ, в По теме диссертации том числе 6 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Личный вклад автора. Представленная работа является обобщением результатов полевых, производственных и лабораторных исследований, полученных автором за 10 лет (2002-2011). Автор разрабатывала программу исследований, лично принимала участие в наблюдениях и лабораторных испытаниях, ей принадлежит анализ и обобщение экспериментальных данных, формулировка научных положений и выводов. Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 125 страницах машинописного текста, состоит из введения, 3 глав, выводов, библиографического списка, включающего 208 наименований, в том числе 22 иностранных авторов. Работа содержит 31 таблицу, 22 рисунка, 2 приложения. Благодарности. Автор выражает глубокую признательность научному руководителю доктору биологических наук, профессору, заслуженному деятелю науки РФ Н.Н. Наплёковой. Автор благодарит сотрудников ФГБУ «ЦАС «Новосибирский» за оказанную помощь при проведении полевых и лабораторных исследований. 11 1 ВЛИЯНИЕ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ НА СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЁЛЫХ МЕТАЛЛОВ В АГРОЭКОСИСТЕМАХ 1.1 Тяжёлые металлы и их экологическая опасность для экосистем Согласно данным ВОЗ, в промышленности используется до 500 тыс. химических веществ, более 40 тыс. из них являются вредными для здоровья человека и около 12 тыс. – токсичными [Майстренко, Хамитов, Будников, 1996]. Вместе с тем у любого химического элемента есть определённая метаболическая задача [Виноградов, 1952]. В природе нет токсичных и нетоксичных химических элементов, есть токсичные и нетоксичные концентрации. При экологической классификации уровень концентрации химических элементов в почве играет определяющую роль [Ильин, Сысо, 2001]. В связи с возрастанием техногенного загрязнения окружающей среды ряд тяжелых металлов и токсичных элементов включен в международные и отечественные списки загрязняющих веществ, подлежащих контролю [Методические указания … , 1992]. Химические вещества подразделяются по степени опасности на три класса [ГОСТ 17.4.1.02-83]: 1 – высокоопасные; 2 – умеренноопасные; 3 – малоопасные. Класс опасности химических веществ устанавливают не менее чем по трем показателям в соответствии с таблицей 1. Отнесение химических веществ, попадающих в почву из выбросов, сбросов, отходов, к классам опасности: 1 – мышьяк, кадмий, ртуть, селен, свинец, цинк, фтор, бенз(а)пирен; 2 – бор, кобальт, никель, молибден, медь, сурьма, хром; 3 – барий, ванадий, вольфрам, марганец, стронций, ацетофенон. При определении приоритетности химических веществ, попадающих в почву любым антропогенным путем, для контроля загрязнения следует учитывать класс опасности веществ. 12 Таблица 1 – Показатели для определения классов опасности химических веществ Показатель Нормы для классов опасности 1 - го Токсичность, ЛД50 * До 200 2 - го 3 - го От 200 до Свыше 1000 1000 Персистентность в почве, мес Свыше 12 От 6 до 12 Менее 6 ПДК в почве, мг/кг Менее 0,2 От 0,2 до 0,5 Свыше 0,5 Миграция Мигрирует Слабо Не мигрирует мигрирует От 1 до 3 Менее 1 Умеренное Нет Персистентность в растениях, мес. Влияние на пищевую 3 и более ценность Сильное сельскохозяйственной продукции * ЛД50 – средняя смертельная доза препарата в миллиграммах действующего вещества на 1 кг живой массы, вызывающая гибель 50 % подопытных животных. Кадмий в микродозах необходим человеку, как и многие другие микроэлементы, но при повышенных концентрациях он очень токсичен. В организме человека кадмий регулирует содержание сахара в крови. При высоких концентрациях он повышает кровяное давление, обладает канцерогенными свойствами, накапливается в печени и почках [Добровольский, Гришина, 1985; Алексеев, 2008]. В организме кадмий способен замещать кальций, что вызывает ломкость костей [Добровольский, Гришина, 1985; Калоус, Павличек, 1985]. Кроме того, он оказывает выраженное действие на обмен цинка, меди, железа, селена, замещает цинк в хелатах этого металла. Высокие концентрации цинка тормозят всасывание кадмия и, наоборот, низкие концентрации повышают его всасывание. При избытке кадмия организм животных обедняется медью, и они погибают от медной недостаточности [Смоляков, Бокова, Мотовилов, 2003]. В почве кадмий аккумулируется в гумусовой толще, подобно ванадию и цинку, вынос за пределы почвенного профиля небольшой, закрепляется менее 13 прочно, чем свинец. Максимально адсорбируется кадмий в почвах с высоким содержанием гумуса и высокой ёмкостью поглощения, с нейтральной и щелочной реакцией среды. Процессы миграции усиливаются в почвах лёгкого механического состава и обеднённых гумусом. Загрязнение почв кадмием подавляет ферментативную активность и ингибирует микробиологическую деятельность [Добровольский, Гришина, 1985]. Валовое содержание кадмия в почвах России регламентируется ОДК [Ориентировочно-допустимые … , 2009] (мг/кг): в песчаных и супесчаных – 0,5, кислых суглинистых и глинистых – 1,0, нейтральных суглинистых и глинистых – 2,0. По другим данным [Kloke, 1980], ПДК кадмия в почве 3 мг/кг. Концентрацию элемента от 0,01 до 1,00 мг/кг следует считать нормальной, высокие концентрации кадмия (12 мг/кг) нарушают фиксацию атмосферного азота, процессы аммонификации и денитрификации [Рэуце, Кырстя, 1986]. Природное содержание кадмия в почве колеблется от 0,01 до 0,20 мг/кг [Виноградов, 1957]. Токсичность кадмия для растений проявляется в нарушении активности ферментов, транспирации и фиксации СО2, его избыток тормозит фотосинтез. Фитотоксичность кадмия проявляется в затруднении поступления и метаболизма в растениях элементов питания (Zn, Си, Mn, Ni, Se, Ca, Mg, P). Кадмиевый токсикоз у растений проявляется в задержке роста, повреждении корневой системы, хлорозе листьев. Фоновое содержание кадмия в растениях составляет (мг/кг сухого вещества): в зерне злаков – 0,013 - 0,22, траве – 0,07-0,27, бобовых культурах – 0,08-0,27, картофеле – 0,03-0,30, моркови – 0,07-0,35 [КабатаПендиас, Пендиас, 1989; Ильин, Сысо, 2001]. Свинец в небольших количествах необходим растительным и особенно животным организмам. Однако при свинцовом токсикозе у животных и человека поражаются органы кроветворения (анемия), нервная и сердечнососудистая системы, почки. Угнетается активность многих ферментов, нарушаются процессы метаболизма и биосинтеза, поражается желудочно-кишечный тракт. Признаки токсичности проявляются при превышении концентрации свинца 14 свыше 0,03 мг/л в воде, 0,2-0,5 мг/кг сухого вещества в зерне, 20-40 мг/кг – в пастбищной траве и кормах [Ильин, Сысо, 2001; Wemmer, 1990]. Избыточное количество свинца подавляет процесс фотосинтеза и дыхания в растениях [Савич, Куликов, Ванькова, 2003], вызывает хлороз, обусловленный нарушением поступления в них железа, замедляет рост [Алексеев, 2008]. По сведениям некоторых авторов [Foy, Chaney, White, 1978], концентрация свинца свыше 10 мг/кг сухого вещества является токсичной для большинства культурных растений. В почве свинец фиксируется органическим веществом и глинистыми минералами. Концентрация элемента зависит от кислотности среды: кислые почвы содержат меньше свинца, адсорбция увеличивается при подщелачивании, свинец осаждается в почве в виде гидроксидов, фосфатов, карбонатов [Добровольский, Гришина, 1985; Понизовский, Мироненко, 2001]. Кларк свинца (Pb) в земной коре 16,0 мг/кг [Виноградов, 1957]. ОДК валового содержания его в России в почвах (мг/кг): песчаных и супесчаных – 32, кислых суглинистых и глинистых – 65, нейтральных суглинистых и глинистых – 130; ПДК – 32 [Предельно допустимые … , 2006; Ориентировочно-допустимые … , 2009]. В Германии ПДК свинца в почвах 100 мг/кг [Kloke, 1980]. По данным исследований В.Б Ильина и А.И. Сысо [2001], в Новосибирской области в рационах питания человека и животных не зарегистрирован природный недостаток или избыток свинца, он возможен при антропогенном загрязнении окружающей среды. Цинк выполняет многие биохимические функции. В растениях он играет важную роль в синтезе белка, клеточном делении, в метаболизме ДНК и РНК [Физиология растений, 2005], принимает непосредственное участие в биосинтезе хлорофилла [Бускунова, 2009]. Участвует в живых организмах в метаболизме углеводов и фосфатов. Избыток или недостаток цинка в организме животных и человека сопровождается нарушением обмена кальция, фосфора, магния, что приводит к развитию остеопороза. В организме животных цинк накапливается в гонадах. Наиболее чувствительны к дефициту цинка кости, 15 волосы, семенники, поджелудочная железа, плазма крови [Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Цинк и кадмий … , 1992]. Высокие концентрации цинка тормозят всасывание кадмия в организм животных и, наоборот, низкие концентрации повышают его всасывание [Смоляков, Бокова, Мотовилов, 2003]. Избыток цинка в растениях в естественных условиях встречается редко. Он возможен при неправильном применении цинкосодержащих удобрений, в зоне промышленного загрязнения почвы [Ильин, Сысо, 2001]. Многие растения обладают высокой толерантностью (терпимостью) к избытку цинка. Пределы толерантности у разных растений неодинаковы. Признаки токсичности цинка у растений отмечаются при его концентрации в тканях 300-500 мг/кг сухого вещества [Алексеев, 2008]. Обычным симптомом цинкового токсикоза является хлороз молодых листьев. Ввиду антагонизма между цинком и другими микроэлементами при избыточном поступлении его в растения могут наблюдаться замедленный приток меди и железа и появляться симптомы недостаточности этих элементов [Ильин, Сысо, 2001]. Дефицит цинка приводит к нарушению фосфорного обмена, цинковое голодание проявляется в задержке роста междоузлий и листьев [Медведев, 2013]. Фоновое содержание цинка в травах 12-47 мг/кг сухого вещества [Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989]. Для животных избыточной в корме считается концентрация цинка более 500 мг/кг сухого вещества. При избыточном потреблении элемента снижается прирост живой массы, появляется депрессия в поведении, анемия, возможно невынашивание потомства [Ковда, 1973; Кальницкий, 1985]. В Новосибирской области недостаток микроэлемента в растениях, рационах питания человека и животных ощущается повсеместно. На территориях, подверженных интенсивному антропогенному загрязнению (в зонах воздействия промышленных предприятий, на приусадебных и садово- огородных участках), может иметь место накопление цинка в почве, растительной продукции и водах, превышающее нормативные показатели [Ильин, Сысо, 2001]. Цинк в почве более мобилен, чем кадмий и свинец. При повышенной влажности он легко мигрирует в почвах, особенно интенсивно 16 эродированных. Повышение содержания органического вещества и утяжеление механического состава почв уменьшает миграционную способность цинка. Избыточное количество его в почве угнетающе действует на рост микроорганизмов, понижается ферментативная активность [Добровольский, Гришина, 1985]. ОДК валового содержания цинка в почвах (мг/кг): песчаных и супесчаных – 65, кислых суглинистых и глинистых – 110, нейтральных суглинистых и глинистых – 220 [Ориентировочно-допустимые … , 2009]. В Германии ПДК цинка в почвах 100 мг/кг [Kloke, 1980]. Медь играет важную роль во многих физиологических процессах в живых организмах: фотосинтез (в растениях), синтез гемоглобина, дыхание, перераспределение углеводов, восстановление и фиксация азота, процессы репродукции. У животных и человека дефицит меди (гипокупероз) приводит к анемии, снижению интенсивности роста, потере живой массы, при острой нехватке металла возможно возникновение ревматического артрита и эндемического зоба. Причина дефицита – низкое содержание меди в кормах и продуктах питания, а также неблагоприятное ее соотношение с другими элементами: Са, Zn, Mn, Pb. Избыток этих элементов-антагонистов снижает поступление меди в организм и ее усвоение. Природный избыток меди в пищевой цепи маловероятен. В зонах воздействия промышленных предприятий, на приусадебных и садово-огородных участках, медь может накапливаться в растительной продукции сверх нормы [Ильин, Сысо, 2001]. Недостаток меди проявляется в задержке роста и цветения, потере тургора, завядании, у злаков белеют кончики листьев [Медведев, 2013]. Токсическое действие меди на живые организмы проявляется в нарушении кроветворения, её избыток приводит к заболеванию анемией [Ковда, 1973; Нормы и рационы … , 1995; Helman et al., 1983] . ОДК валового содержания меди в почвах (мг/кг): песчаных и супесчаных – 33; суглинистых и глинистых кислых – 66; суглинистых и глинистых 17 нейтральных – 132 [Ориентировочно-допустимые … , 2009]. В Германии ПДК меди в почвах 100 мг/кг [Kloke, 1980]. Почва является стабильной средой, поступление токсикантов в которую ведёт к долговременному загрязнению [Титова и др., 2013], период полуудаления цинка – до 500 лет, кадмия – до 1100, меди – до 1500, свинца – до нескольких тысяч лет [Майстренко, Хамитов, Будников, 1996]. Свинец, кадмий, медь, цинк и другие тяжелые металлы включаясь в биогеохимические круговороты, загрязняют почву, по пищевым цепям через растения поступают в организм животных и человека, аккумулируются в различных органах и тканях, вызывая различные патологии [Авцын, Жаворонков, Риш и др., 1991]. Следует отметить усиление токсичности тяжёлых металлов при их совместном воздействии на живые организмы в почве. Совместное воздействие цинка и кадмия или меди и кадмия оказывает в несколько раз более сильное ингибирующее действие на микроорганизмы, чем при такой же концентрации каждый элемент в отдельности [Добровольский, Гришина, 1985]. 1.2 Техногенное поступление тяжёлых металлов в агроэкосистемы В биосферу поступает свыше 500 тыс. разновидностей загрязняющих химических веществ [Красницкий, 2001], среди которых наибольшую опасность для живых организмов представляют тяжёлые металлы в силу высокой токсичности, подвижности и биоаккумулятивности [Зырянова, 2007]. Извлечение металлов из земных недр для использования в промышленности и сельском хозяйстве возрастает, увеличивается их искусственное рассеивание в окружающую среду и усиливается загрязнение [Цинк и кадмий … , 1992]. Кроме того, загрязнение почвенного покрова происходит за счёт атмосферных выбросов заводов цветной и чёрной металлургии, ТЭЦ, предприятий по производству оборудования, станков и т.д. В этом процессе велика также доля автотранспорта, использующего этилированный бензин [Ильин, Сысо, 2001]. Годовое глобальное 18 поступление кадмия от выбросов промышленных предприятий составляет 7,2 тыс. т [Мур, Рамамурти, 1987]. Вокруг промышленных предприятий накапливается большое количество отходов различной природы, загрязняющих окружающую среду вредными веществами, в том числе ТМ. Твёрдые бытовые отходы: отработанные свинцовые аккумуляторы, провода и кабели, изделия из хрусталя и свинцовых стёкол, керамика, резиновые изделия являются существенными источниками загрязнения окружающей среды свинцом. На свалках находится до 1 млн т свинца в отработанных аккумуляторах [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Одним из возможных потенциальных источников загрязнения почв тяжёлыми металлами являются атмосферные осадки, которые могут содержать источники загрязнения как природного происхождения (ветровая эрозия горных пород и почв, пыль от извержения вулканов, частицы морской соли, дым от лесных пожаров), так и техногенного [Цинк и кадмий … , 1992; Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Поступление тяжёлых металлов из атмосферы наиболее опасно, так как элементы в этом случае представлены в виде оксидов или солей. В такой форме ТМ обладают высокой миграционной способностью в почве, они адсорбируются почвенными коллоидами и депонируются в верхнем слое, а при долговременном поступлении аккумулируются [Алексеев, 2008]. По некоторым данным [Соколов, Черников, Лукин, 2008] в атмосферу ежегодно выбрасывается свыше 25 тыс. т кадмия. С атмосферными осадками и пылью на поверхность почвы в России ежегодно выпадает 1,9-5,4 г/га кадмия. Производство минеральных удобрений сопровождается выбросами ТМ в окружающую среду (из-за несовершенства технологий), превышающими проектные величины в 2-3 раза. При использовании органического топлива (уголь, мазут, природный газ) на территории России в атмосферу поступает около 400 т свинца. От охотничьего промысла и любительской охоты ежегодно в водно-болотные угодья попадает до 1400 т свинца. Состав компонентов атмосферы непостоянен и зависит от ряда факторов: близости индустриальных центров, заводов и фабрик, наличия ТЭЦ, расстояния 19 от автомагистралей и авиалиний, розы ветров, количества осадков, кислотнощелочных свойств почвы (pH) и т.д. Близость индустриальных центров, как правило, создаёт антропогенные аномальные зоны с повышенным содержанием тяжёлых металлов [Красницкий, 2001], по некоторым данным [Hintze, Lux, 1982; Thornton, 1986], значительно превышающим допустимые концентрации в почвенном покрове (более чем в 10 раз). Новосибирск в плане загрязнения тяжёлыми металлами не является исключением, т.к. это один из крупнейших индустриальных центров Сибири. От его жизнедеятельности поступает значительное количество вредных веществ в атмосферу. По объёму выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух Новосибирская область занимает четвёртое место среди субъектов Сибирского федерального округа [О состоянии и об охране … , 2013]. В 2013 г. общий объём выбросов области составил 505,9 тыс. т [О состоянии и об охране … , 2014]. Техногенным загрязнением охвачен весь почвенный покров города, рисунок загрязнения крупно - и мелкомозаичный. Общегородскими элементами- загрязнителями являются олово и свинец, часто встречающимися – медь, цинк, кадмий. Уровень загрязнения почвенного покрова в городе (оценка по величине Zc) колеблется от высокого до очень низкого [Ильин, Сысо, 2001]. В исследованиях данных авторов показано, что в других городах области (Бердск, Искитим, Барабинск, Куйбышев) почвенный покров подвергается техногенному загрязнению тяжёлыми металлами в меньшей степени. По данным Ю.Е Саета и др. [1990], пыль различных промышленных производств содержит значительные количества тяжёлых металлов. Особенно насыщены кадмием, производства и свинцом и цинком металлообрабатывающей выбросы машиностроительного промышленности, химического производства, а именно, выбросы от механической обработки цветных металлов, изготовления масляных красок, производства алюминия, аккумуляторов. Важным источником техногенного загрязнения почв, по мнению многих авторов [Свинец в окружающей … , 1987; Белан, 1996; Ильин, Сысо, 2001; Красницкий, 2001; и др.], является автотранспорт. Выбросы свинца в атмосферу 20 при сжигании нефти и бензина составляют 50% всего антропогенного выброса. Автомобильные выхлопы дают 50% общего неорганического свинца, попадающего в организм человека [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. По данным М.М. Овчаренко [2000], загрязнение почв выбросами автотранспорта в России составляет около 15%, в Германии и США – 50% от общего количества загрязнителей. В Новосибирской области, по данным департамента природных ресурсов и охраны окружающей среды [О состоянии и об охране … , 2014], основным источником загрязнения атмосферного воздуха являются: автомобильный транспорт (61,3 % валового выброса по области), предприятия теплоэнергетики и отопительные котельные (25,2 %), промышленные предприятия (13,5 %). В 2013 г. произошло увеличение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу области от автотранспорта в сравнении с 2012 на 8,4 %. Исследованиями О.Д. Шафронова [2005] показано, что атмосферные осадки формируются над территориями с интенсивным техногенным воздействием и характеризуются относительно высоким содержанием тяжёлых металлов. Однако дождевые и снеговые воды не являются значимым источником поступления тяжёлых металлов в почву. Расчёты, произведённые автором, показали, что для увеличения содержания цинка в почве на 1 мг/кг, поступление которого с осадками наиболее значимо, понадобится более 6 лет. Время, за которое тяжёлые металлы достигнут ОДК за счёт поступления с осадками, оценивается в сотни и тысячи лет. Единственным металлом, содержание которого в почве может превысить ОДК в обозримом будущем, является кадмий. Расчёты В.М. Красницкого [1999] по темпам максимального (критического) обогащения пахотного слоя свинцом при неизменных темпах выпадения его из атмосферы показывают, что понадобится свыше 1600 лет, кадмием – около 300 лет. Вместе с тем, по данным исследований И.И. Игонова и др. [2012], усреднённое за многолетний период наблюдений содержание свинца, меди и цинка в дождевой и снеговой воде, отобранной с реперного участка, выше ПДК. Содержание ТМ свидетельствует, что осадки формируются над территорией, характеризующейся высоким техногенным воздействием, и могут быть классифицированы как 21 загрязнённые. На расстоянии 200 м от участка расположен резинотехнический комбинат, литейный завод – в 3,0-3,5 км, ТЭЦ – в 2-5 км, железная дорога – в 50 м. Значительный вклад в загрязнение транспорт, не только автомобильный, но окружающей среды привносит авиационный и железнодорожный. Авиация и ракетно-космическая техника выбрасывают в атмосферу примерно 400 т свинца [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. В исследованиях А.О. Макарова [2013] показано, что почвы в районе Белорусского вокзала достоверно отличаются от исследуемых фоновых почв повышенным содержанием свинца и мышьяка, а почвы на площади Трёх вокзалов содержат значительно больше цинка, меди, кадмия и мышьяка. Загрязнение обширных территорий тяжёлыми металлами происходит за счёт трансграничного атмосферного переноса. Выпадение свинца на европейскую часть территории России составляет около 16 тыс. т. Поступление свинца вследствие трансграничного атмосферного переноса из европейских стран составляет 5-6 тыс. т в год [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Таким образом, независимо от того, в какой степени и от каких источников происходит содержания локальное загрязнение токсичных веществ компонентов является экосистем, необходимым мониторинг условием предупреждения загрязнения окружающей среды. 1.3 Экологические риски агрогенного поступления тяжёлых металлов в агроэкосистемы Для каждой почвенно-климатической зоны существуют модели плодородия, которые определяют потенциально возможный, экономически и экологически обоснованный урожай сельскохозяйственных культур. При этом под моделью плодородия почв подразумевается сочетание свойств, процессов и режимов для достижения максимальной биопродуктивности угодий, оправданной с экологической и экономической точек зрения [Савич и др., 2010]. Для 22 соответствующей территории модель плодородия подразумевает эффективное плодородие, которое ассоциируется [Духанин, 2003] с наличием в почве достаточного количества необходимых растениям доступных питательных веществ, воды и благоприятных для роста и развития экологических условий. В повышении эффективного плодородия почв первостепенное значение придаётся применению минеральных и органических удобрений [Носко и др., 2013]. Вместе с тем кроме элементов питания, необходимых для роста и развития растений, удобрения могут содержать различные загрязняющие вещества, в том числе тяжёлые металлы. Их концентрация зависит от вида удобрений, исходного сырья и технологии переработки. По данным М.М. Овчаренко [2000], средневзвешенное содержание некоторых тяжёлых металлов в минеральных удобрениях значительно колеблется в зависимости от их вида (таблица 2). Таблица 2 – Средневзвешенное содержание тяжёлых металлов в минеральных удобрениях, мг/кг физического веса Удобрения Свинец Цинк Медь Кадмий Азотные 0,4 30,0 26,0 0,2 Фосфорные 13,1 48,7 33,1 1,4 Калийные 8,0 23,0 16,0 0,3 Сложные и комплексные 7,5 59,0 39,0 3,0 По данным И.И. Сидоровой и др. [2007], фосфорные, калийные и органические удобрения могут содержать более 20 тяжёлых металлов и других загрязнителей. Исследованиями И.А. Лебедовского [2010] установлено, что наибольшее содержание тяжёлых металлов отмечается в фосфорных удобрениях и навозе, хлористый калий и аммонийная селитра наиболее экологически безопасны по содержанию ТМ. В соответствии с техническими условиями [ГОСТ 2081-2010; ГОСТ 2-2013], технология производства карбамида и аммиачной селитры исключают возможность накопления примесей токсичных элементов. В 23 извести тяжёлые металлы содержатся в количествах, не превышающих их концентраций в фосфорных удобрениях [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Наибольшее количество токсичных элементов имеют фосфорные удобрения, т.к. для их производства используются природные фосфориты и апатиты, содержащие в своём составе значительные количества примесей [Титова, 2002; Алексеев, 2008]. Металлы в природных условиях взаимодействуют с анионами ортофосфорной кислоты и остаются в толще фосфоритной руды [Алексеев, 2008]. В исследованиях J. Caro [приводится по: Алексеев, 2008], показано, что в суперфосфате содержатся кадмий – 50-170 мг/кг, медь – 4-79, свинец – 7-92, цинк – 50-1430 мг/кг. По другим данным [Адаптивно-ландшафтные … , 2002], среднее содержание свинца в фосфатах составляет 33, в суперфосфате – 34, в сложных удобрениях – 57 мг/кг. По некоторым данным [Свинец в окружающей … , 1987], фосфатные руды имеют в своем составе примеси свинца до 1500 мг/кг. Во многих исследованиях [Алексеев, 1987, 2008; Титова, 2002; и др.] показано, что фосфорные удобрения, производимые на основе отечественного сырья, в большинстве своем безопасны в отношении загрязнения тяжелыми металлами. Российские месторождения фосфатов отличаются от зарубежных небольшим содержанием в них токсичных примесей. Содержание кадмия в американских гравийных фосфатах около 13 мг/кг, в алжирских, марокканских и израильских – около 25, в тунисских и западноафриканских – около 50, в сенегальских фосфатах – более 70 мг/кг. С фосфорными удобрениями из такого сырья в почву может поступать от 0,3 до 50 г/га. В апатитах с Кольского полуострова содержание данного элемента составляет 0,4-0,6 мг/кг [Алексеев, 1987]. В органических удобрениях (навоз), по сведениям Н.А. Черных [1995], невысокие концентрации кадмия и свинца (0,20 и 4,00 мг/кг) и повышенные концентрации цинка и меди (112 и 22 мг/кг). По данным И.А. Лебедовского [2010], в подстилочном навозе кадмия 0,12 мг/кг, свинца – 6,37, цинка – 22,80, меди 33,85 мг/кг. Другие данные [Синявский, Борисков, 1997] свидетельствуют о более низких концентрациях кадмия и свинца в навозе крупнорогатого скота 24 (0,03-0,10; 0,20-3,60 мг/кг), тогда как в конском навозе этих элементов больше (0,13 и 3,7 мг/кг соответственно). Кроме того, авторы указывают на различия содержания тяжёлых металлов в навозе, полученном при использовании различной подстилки (сено с поймы или сено с пашни, в первом тяжёлых металлов меньше, чем во втором). Этот факт можно объяснить разными концентрациями агрогенного поступления химических элементов. Вместе с тем, по некоторым данным [Кайгородов, 2005], повышенные уровни тяжёлых металлов в органических удобрениях возможны при применении кормовых добавок, используемых для увеличения продуктивности животных, которые содержат значительное количество минеральных веществ, в том числе цинка и меди. Исследованиями В.М. Красницкого [2001] показано, что наименьшее количество тяжёлых металлов (Pb, Cd, Zn, Cu, Ni, Cr), поступающих в почвы Омской области, приходится на минеральные удобрения (0,8-1,6 % каждого элемента). Доля поступления этих металлов находится в пределах 24-90%. за счёт органических удобрений Среднегодовое поступление кадмия с органическими удобрениями в агроценозы Омской области составляет 1,4-2,0 г/га, свинца – 3,8-5,3, цинка – 15,9-22, меди – 3,2-4,4 г/га. Применению осадков сточных вод (ОСВ) в сельскохозяйственном производстве уделяется всё большее внимание. Использование их в качестве органического удобрения увеличивает в почве содержание органического вещества, азота, фосфора, калия, кальция, магния, железа, снижается кислотность почвы. Под действием осадка увеличиваются влагоёмкость и оструктуренность почв, что особенно ценно для почв лёгкого гранулометрического состава, пылеватых и песчаных, снижается эрозия и улучшаются тепловые и водновоздушные характеристики. Повышаются активность и численность микроорганизмов [Тяжёлые металлы … , 1997], увеличивается продуктивность культур от 8 до 50 % [Куликова, Захаров, Шайкин, 2004; Касатиков, Чемерис, Яшин, Пескарёв, 2013]. Применение осадков сточных вод на серых лесных почвах в дозе 20 т/га обеспечивает улучшение физических и агрохимических 25 свойств почвы, быструю самоочищаемость от патогенных микроорганизмов, повышает биологическую активность почвы [Наплёкова, 2004]. Вместе с тем существует реальная опасность загрязнения почв тяжёлыми металлами [Минеев, 1988; Покровская и др., 1997; Касатиков, 1989, 1990; Касатиков и др., 2003; Ларионов, Кириллов, Ершов, 2004; Якимова, Михайлов, 2012; и др.]. В исследованиях Т.С. Якимовой и Л.Н. Михайлова [2012] установлено, что содержание тяжёлых металлов в осадках городских сточных вод выше, чем в навозе. Так, по установленным данным, концентрация меди в осадках выше, чем в навозе, более чем в 100 раз. Исследованиями М.С. Чемерис и Н.А. Кусакиной [2009] показано, что применение ОСВ в дозах 20 и 40 т/га не вызвало резких изменений в химическом составе кукурузы, гречихи, яровой пшеницы и корнеплодов редиса: содержание тяжёлых металлов в пределах нормы. Опыты Л.Д. Варламовой и др. [2009] по применению в качестве удобрений ОСВ под зерновые культуры превышение ОДК содержания тяжёлых металлов для данной почвы не выявили, хотя наблюдалось некоторое увеличение их запасов. Разовое внесение осадков в дозах до 90 т/га не ухудшало экологического состояния почвы. Избыточное накопление ТМ в агроценозах возможно при ненормированной [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999] или технологически высокой (особенно в свежем состоянии) [Васенев, Сюняев, Бадарч, 2012] дозе осадков сточных вод. Проведение мероприятий по защите растений может сопровождаться поступлением тяжёлых металлов в почву с пестицидами. Вместе с тем, по мнению некоторых авторов [Тяжёлые металлы … , 1997; Черных, Милащенко, Ладонин, 1999], расход данных препаратов небольшой, поэтому они не представляют опасности как источник загрязнения агроэкосистем. По другим исследованиям [Алексеев, 2008], при использовании фунгицидов возможны поступления тяжёлых металлов в агроценозы в токсичных для растений концентрациях. В настоящее время нет единого мнения о влиянии применения удобрений, агрохимикатов и средств защиты на содержание тяжёлых металлов в 26 агроэкосистемах. По мнению многих авторов [Духанин, 2003; Безуглов, Гогмачадзе, 2009; и др.] применение удобрений может привести к загрязнению агроценозов тяжёлыми металлами или значительно повысить их содержание в почве [Ковда, 1985; Минеев, 1988; Минеев, Гомонова, 1993; Гомонова, 1994; Середа, 1995]. Исследованиями Р.П. Макариковой и др. [2013] показано, что длительное (60 лет) внесение удобрений влияет на содержание кислоторастворимых элементов в дерново-подзолистой почве, приводя к повышению содержания кислоторастворимой формы цинка, и в целом положительно коррелирует с содержанием Cd, Ni, Sr, Ca и Na. По утверждению же других авторов [Казюта, 1988; Татаринов, 1998; Ермохин и др., 1998; Овчаренко, 2000; Ефимов и др., 2001], длительное применение минеральных удобрений и мелиорантов практически не приводило к значительному накоплению ТМ в почвах. По мнению В.И. Кирюшина [2000], негативное воздействие применения агрохимикатов слишком преувеличено. При разработке системы применения удобрений необходимым условием является соответствие требованиям охраны природной среды. Система должна базироваться на знании закономерностей комплекса почвенно-агрохимических, агроэкологических и агротехнических факторов, определяющих интенсивность круговорота элементов в агроценозах [Духанин, 2003; Никитишен, 2003]. В исследованиях Г.П. Гамзикова [2013] отмечается, что применение минеральных и органических удобрений в научно обоснованных технологических режимах опасности для природной среды не представляет. Исследования В.С. Егорова и Д.Д. Госсе [2008] показали, что удобрения могут играть положительную роль в уменьшении негативного влияния тяжёлых металлов посредством изменения их подвижности. В опытах данных авторов по изучению влияния удобрений на динамику содержания свинца в системе почва – растение на дерново-подзолистых почвах показано, что внесение удобрений уменьшает уровень и меняет характер фиксации свинца почвами. Расчётные материалы В.М. Красницкого [2001] свидетельствуют о том, что ежегодное поступление ТМ в почву с удобрениями под зерновые (по итогам 27 применения минеральных удобрений в 1990 г. в сельском хозяйстве России) составляет тысячные и десятитысячные доли миллиграмма на килограмм почвы, т.е. ничтожно малую часть от фонового содержания. Следовательно, применение указанных доз минеральных удобрений даже в течение многих сотен лет не может существенно изменить содержание в почве валовых элементов. В исследованиях И.А. Лебедовского [2010] показано, что даже на фоне тройных доз удобрений накопление ТМ наступит через несколько тысячелетий. Для самых токсичных из изучаемых автором тяжёлых металлов этот срок для кадмия наступит через 65715 лет, а для свинца – через 887333 года. Следовательно, применяемые удобрения не могут служить существенным источником накопления ТМ в почве. Однако минеральные удобрения способны оказывать значительное влияние на подвижность ТМ в почве. Исследованиями В.М. Красницкого [2001] установлено, что с каждым килограммом питательных веществ минеральных удобрений, применяемых в Омской области, вносится свинца 7,6, кадмия 0,9, цинка 19,8, меди 4,1 мг, никеля 6,6 мг. В 1986-1990 гг. в среднем по области внесено 40 кг/га NPK, с которыми в почву поступило свинца – 0,30, кадмия – 0,04, цинка – 0,79, меди – 0,16, никеля – 0,26 г/га. По другим расчётам [Gunnarsson, 1983], с удобрениями в почву поступает 3-4 г/га кадмия в год. В почвы Нижней Саксонии (Германия) с органическими удобрениями вносится 2 кг/га цинка, что вдвое превышает среднегерманские показатели, внос меди в год составляет 0,35 кг/га, что соответствует среднему уровню [Кайгородов, 2005]. При сокращении объёмов применения средств химизации, соответственно снижается и поступление в почву тяжёлых металлов. Однако факт поступления тяжёлых металлов в почву даже при низком уровне химизации имеет место [Красницкий, 2001]. Применение минеральных и органических удобрений, средств защиты растений в сельскохозяйственном производстве увеличивает экологическую нагрузку на агроэкосистемы [Минеев, Ремпе, 1990]. 28 По данным Г.Д. Гогмачадзе [приводится по: Черногоров и др., 2012], доля почв пахотных угодий России, загрязнённых элементами 1-го класса опасности составляет 2,1 %; 2-го класса – 4,3 % от обследованных. Таким образом, экологический мониторинг конкретного района позволит уточнить влияние сельскохозяйственного производства на состояние окружающей среды. 1.4 Влияние тяжёлых металлов на биологическую активность и фитотоксичность почв Почву необходимо рассматривать не только как хозяйственный объект, но и как важное экологическое звено природной среды. От того, насколько она загрязнена токсикантами и тяжёлыми металлами будет зависеть её экологическая функция. На современном этапе почвопользования важным является сохранение микробиологических явлений, обеспечивающих здоровье самой почвы. Почва является не только жилищем и хранилищем микробиоты, но и гарантом сохранности и ежегодного воспроизводства продуктов жизнеобеспечения для почвенных и наземных обитателей. Она не может существовать без микроскопического населения, которое осуществляет процессы образования и развития почвы, а также её очищение от загрязнения [Артамонова, 2002]. Растения получают необходимые для роста и развития вещества и энергию благодаря биохимической деятельности почвенных микроорганизмов. Микроорганизмы участвуют в образовании основного носителя плодородия – гумуса, в этом процессе участвуют их различные группы: грибы, бактерии, неспороносные, спороносные формы, миксобактерии, актиномицеты. В результате деятельности различных микроорганизмов более простые вещества, поступающие в почву, преобразуются в легкодоступные, усваиваемые растениями [Духанин, 2003]. 29 В естественных природных условиях соотношение основных групп микробного комплекса достаточно стабильно. Антропогенное воздействие усиливает экологическую напряжённость, модифицируя среду обитания микробиоты, которая вынуждена приспосабливаться к новым условиям, теряя способность к авторегуляции (гомеостазу) [Артамонова, 2002]. Возрастание антропогенного воздействия на почву изменяет условия существования почвенной микрофлоры, происходят изменения в комплексе почвенных микроорганизмов: понижается видовое богатство и разнообразие, увеличивается количество толерантных к загрязнению микроорганизмов, процессы самоочищения почвы замедляются [Марфенина, 1991; Наплёкова, Степанова, 2000; Духанин, 2003; Убугунов, Кашин, 2004; и др.]. Такие изменения проявляются в основном на бедных почвах, при высоких уровнях воздействия и стойких загрязнениях [Марфенина, 2005]. При загрязнении почв тяжёлыми металлами состояние почвенной микрофлоры зависит от различных факторов: типа почвы, вида загрязнения, структуры микробного комплекса, времени воздействия и др. [Наплёкова, Степанова, 2000; Артамонова, 2002]. В опытах Н.Н. Наплёковой и М.Д. Степановой [2000] показано, что при загрязнении почв свинцом и кадмием доминирует развитие определённых групп и видов микроорганизмов, характерных для каждого типа почв (например, для чернозёма – Bacillus mesentericus, Bac. idosus, Bac. megaterium, для дерново-подзолистой почвы – Bac. idosus, Bac. mycoides, Bac. cereus, Penicillium, Chaetomium). Одновременно происходит угнетение малоактивных чувствительных видов (для чернозёма – Bacillus megaterium, для дерново-подзолистой почвы – Bac. agglomeratus). Устойчивость к негативному воздействию микробоценоза выщелоченного чернозёма выше, чем в дерново-подзолистой почве, обладающей меньшей буферностью. В зависимости от концентрации, вида металла, валентности его иона, формы соединений, растворимости и длительности воздействия, ТМ могут либо стимулировать развитие тех или иных микроорганизмов, либо проявлять 30 токсический эффект. В малых количествах металлы способствуют росту и развитию микроорганизмов (являясь для них необходимым микроэлементом), повышая биологическую активность почв, высокие концентрации способны её подавлять, нарушая жизненно важные функции почвенных микроорганизмов [Евдокимова, 1995; Громов, Павленко, 1989; Черных, Милащенко, Ладонин, 1999; Груздева, 2010]. Показано [Наплёкова, Степанова, 2000], что органические соединения свинца (уксуснокислый и муравьинокислый) приводят к повышению, а неорганические (закись-окись, сернокислый) – подавлению ферментативной активности. Высокое содержание в почве тяжёлых металлов подавляет активность ферментов [Гузев и др., 1980; Казеев, Колесников, Вальков, 2005; Пятакова, 2008; и др.], но токсичность ТМ в разной степени проявляется по отношению к различным ферментам. По действию на активность ферментов тяжёлые металлы располагаются в следующем убывающем ряду: кадмий, свинец, цинк [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Вследствие загрязнения почв тяжёлыми металлами доминантами становятся микромицеты, среди них абсолютным доминантом – Penicillium purpurogenum, обладающий сильными фитотоксическими свойствами, резко снижается доля типичных почвенных дрожжей [Евдокимова, 1995; Артамонова, 2002; Baath, 1989; и др.]. Имея мицелиальное строение, микроскопические грибы накапливают большие запасы биомассы в почвах. Значительное влияние эта группа организмов оказывает на процессы локализации, биотрансформации и перемещения по почвенному профилю многих веществ-загрязнителей, попадающих в почву при антропогенном загрязнении [Наплёкова, 2010]. Некоторые почвенные бактерии и грибы могут аккумулировать тяжёлые металлы [Громов, Павленко, 1989; Евдокимова, 1995], которые включаются в метаболические процессы [Марфенина и др., 1991; Ильин, 2001; Беспалова, 2003]. Микроскопические грибы способны закреплять металлы внутри мицелия и на его поверхности [Ledin et al., 1999]. 31 Под действием олигонитрофильных, тяжёлых металлов аммонифицирующих и снижается численность коринеподобных бактерий, актиномицетов [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Основным источником энергии для всей почвенной биоты является целлюлоза растительных остатков [Виноградский, 1952; Имшенецкий, 1953; Наплёкова, 1974]. Ведущую роль в разложении целлюлозы в почвах играют аэробные целлюлозоразрушающие микроорганизмы. Показано, что загрязнение почв свинцом и кадмием заметно снижает численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов всех таксономических групп и интенсивность процесса разложения целлюлозы. Кадмий в дозах 30 и 60 мг/л подавляет рост многих микроорганизмов, угнетающее действие свинца проявляется в более высоких дозах (1000 мг/л) [Наплёкова, 2010]. Наиболее чувствительны к загрязнению почвы тяжёлыми металлами аммонифицирующие, нитрифицирующие и целлюлозоразлагающие бактерии, актиномицеты и некоторые водоросли [Скворцова и др., 1980; Белицина и др., 1982; Титова, Дабахов, Дабахова, 2002; Kuster et аl., 1984]. Азотобактер по некоторым данным [Громов, Павленко, 1989] отмечен высокой устойчивостью к тяжёлым металлам. По другим сведениям [Евдокимова, 1995; Fezy et al., 1979], его относят к числу чувствительных микроорганизмов при загрязнении почв. Повышенной устойчивостью к воздействию ТМ отличаются пигментированные микроорганизмы [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Показано [Артамонова, 2002], что пигментированные дрожжи Rhodotorula glutinis имеют широкий диапазон толерантности к тяжёлым металлам. Высокий коэффициент накопления химических элементов у цианобактерий и водорослей, особенно у нитчатых зелёных водорослей. Накопленные элементы удерживаются не только живыми, но и отмершими клетками водорослей. В обстановке техногенного загрязнения металлотоксикоз почв неизбежно порождает микроботоксикоз. Масштабы накопления токсичных форм в различных экосистемах могут быть разными, их последствия – неоднозначными. 32 Одним из проявлений токсикогенных свойств почвы является фитотоксичность [Марфенина, 1999, 2005]. Важнейшей характеристикой почвы, определяющей продуктивность культурных растений, является ее фитотоксичность, обусловленная наличием токсинов различной природы [Духанин, 2007]. Поступление тяжёлых металлов в растения обусловлено влиянием множества факторов, важнейшими из которых являются: свойства почв и динамика почвенных процессов; химические свойства металлов, состояние и трансформация их соединений; физиологические особенности растений. Небольшие количества тяжёлых металлов, благодаря буферным свойствам почвы, практически не оказывают неблагоприятного воздействия на растения. Однако при повышении уровня загрязнения инактивация становится неполной, поток вредных ионов усиливается в таких количествах, что мембраны его удержать не могут [Лархер, 1978]. Исследованиями многих авторов [Рэуце, Кырстя, 1986; Шильников и др., 1995; Черных, Милащенко, Ладонин, 1999; и др.] установлено, что более интенсивное накопление тяжёлых металлов в растениях идёт на кислых слабоокультуренных почвах, чем на почвах с нейтральной или близкой к нейтральной реакцией среды. По фитотоксичности элементов K.W. Smilde [1981] установил следующий убывающий ряд: кадмий, медь, цинк, свинец. Причём одновременное присутствие в почве нескольких токсикантов увеличивает токсичность данных металлов от их совместного влияния [Черных, 1995; Убугунов, Кашин, 2004; Smilde, 1981]. Различные виды растений обладают неодинаковой способностью поглощать и накапливать ТМ. В соответствии с исследованиями В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], сельскохозяйственные культуры можно ранжировать по этому показателю таким образом: зерновые, томат, капуста белокочанная > картофель, морковь, лук > свекла. Аналогично ранжирование по другим данным [Hoffmann, 1982]: зерновые > фуражные > корнеплоды > листовые овощи. В исследованиях Н.А. Черных и др. [1999] указывается на высокую чувствительность бобовых культур (вика и люпин) к действию тяжёлых металлов по сравнению с зерновыми (овёс и ячмень). В других 33 исследованиях [Алексеев, 1987] показано, что высокая концентрация кадмия в салате и шпинате (до 100 мг/кг) может внешне не проявляться и не оказывать фитотоксического действия, но эти растения могут быть непригодными в пищу [Цинк и кадмий … , 1992]. Вместе с тем токсичность тяжёлых металлов может проявляться в снижении урожая, уменьшении всхожести, кущения, массы растения, в уменьшении концентрации железа, цинка, меди [Бокова, 2003]. Различными уровнями накопления тяжёлых металлов отличаются не только виды растений, но и органы одного растения. Больше всего тяжёлых металлов накапливается в корневых волосках, меньше – в корнях, ещё меньше – в стеблях и особенно мало – в плодах [Гармаш, 1985; Церлинг, 1990]. Органы накопления ассимилятов (корнеплоды, клубни, плоды) содержат значительно меньше наиболее токсичных ТМ (кадмия и свинца), чем вегетативная масса растений [Гармаш, 1987]. Акропетальный характер распределения химических элементов в растительном организме в условиях техногенного загрязнения проявляется очень ярко. По уровню содержания тяжёлых металлов при загрязнении органы сельскохозяйственных культур выстраиваются в следующий ряд: корни > стебель (листья) > органы запасания ассимилятов [Ильин, Сысо, 2001]. Высокие концентрации тяжёлых металлов проявляют токсическое действие на растения в нарушении поступления и распределения других химических элементов. Так, избыточное количество цинка снижает поступление в растения фосфора [Loneragan et al., 1979], его недостаток нарушает фосфорный обмен [Медведев, 2013]. Кадмий в повышенных концентрациях снижает доступность фосфора, кальция, магния, железа, цинка. Свинец ограничивает поступление фосфора, кальция, железа, меди, цинка [Титова, Дабахов, Дабахова, 2002]. При избыточном поступлении в растения кадмий замещает цинк, что приводит к цинковой недостаточности, к их угнетению и гибели [Алексеев, 2008; Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Влияние тяжёлых металлов на растения проявляется нарушением нормального хода биохимических процессов, изменяются синтез и функции многих активных соединений: ферментов, витаминов, пигментов. Высокие 34 концентрации тяжёлых металлов (кадмий, свинец, медь, цинк) уменьшают количество хлорофилла. Кадмий и медь изменяют проницаемость клеточных мембран, нарушая ближний и дальний транспорт [Соколов, Черников, Лукин, 2008; Wallace, 1979]. Загрязнение почв преимущественное ингибирующих тяжёлыми развитие прорастание металлами, при котором токсинообразующих семян растений и происходит микроорганизмов, развитие проростков (фитотоксичность), следует считать явлением токсикоза [Гузев и др., 1991]. 1.5. Тяжёлые металлы в растениях Одним из приоритетных направлений Государственной программы развития сельского хозяйства на 2013-2020 гг. является экологическая безопасность производимой сельскохозяйственной продукции и продовольствия [Государственная программа … , 2012]. Ввиду того, что большая часть токсикантов попадает в организм человека с растительной пищей, возникает необходимость изучения поступления химических элементов в растения и их роли в физиологии. Химический состав растений зависит от внешних и внутренних факторов. К внешним условиями относятся среды ландшафтно-геохимические, обитания. Внутренние которые факторы определяются складываются из кристаллохимических, определяемых свойствами ионов, входящих в состав растений, и биохимических факторов, определяемых биологическими особенностями видов [Алексеенко, 2001]. Растительные организмы в течение жизни находятся в постоянном взаимодействии с факторами внешней среды, которые могут существенно модифицировать их развитие, ухудшать физиологическое состояние и потенцию к воспроизведению [Физиология растений, 2005]. Формирование фитоценоза зависит от химического состава почвы. Из почвы вещества, вступая в биологический круговорот, частично выносятся с урожаем [Школьник, 1974; Груздева, 2010]. 35 До недавнего времени существовало мнение о необходимости одних элементов для растений и токсичности других. Вместе с тем ещё А.П. Виноградов [1952] отмечал важность всех химических элементов в метаболизме. Однако, по мнению Д. Адриано [приводится по: Ильин, Сысо, 2001], не все химические элементы необходимы растениям и животным. Так, по данным автора, кадмий и свинец потенциально токсичны для растений и животных. Кроме того, кадмий накапливается в пищевой цепи, канцерогенный, вызывает болезнь итай-итай, узкие пределы толерантности для растений. Свинец распространяется воздушным путём, накапливается преимущественно на поверхности, кумулятивный яд. Медь необходима и потенциально токсична для растений и животных, легко образует комплексы, узкие пределы толерантности для растений. Цинк необходим для растений и животных, широкие пределы толерантности для растений, легко образует комплексы, малотоксичен. Формирование элементного химического состава растений определяется двумя основными факторами – генетическим и экологическим. В зависимости от обстоятельств контролируется доля их участия меняется. поглощение химических На генетическом элементов, если уровне геохимическая обстановка соответствует требованиям растений. Экологический фактор мешает этому, особенно если почва (среда обитания) обогащена подвижными соединениями, поступление избыточных ионов в растения усиливается, они могут накапливаться в повышенных количествах, которые превосходят их естественное содержание [Ильин, 1985]. При небольших концентрациях тяжёлых металлов почва, благодаря буферным свойствам, способна инактивировать токсиканты, однако её возможности не безграничны. При дальнейшем повышении уровня загрязнения вступают защитные свойства растений: корневые выделения хелатируют ионы и адсорбируют на внешней поверхности корней [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Вместе с тем хелатирование нельзя рассматривать только с точки зрения перевода ионов в менее токсичную форму. Э.Альберт [приводится по: Ильин, 1985] отмечал способность некоторых соединений тяжёлых металлов с 36 органическими лигандами проникать через мембраны быстрее и внутри клеток распадаться, приводя к большему загрязнению. Недостаток или особенно избыток химических элементов, приводя либо к гибели организма, либо, в результате сильных нарушений процессов обмена веществ, к морфологическому изменению, либо, оставаясь неизменными, приобретают физиологическую резистентность к высоким концентрациям элементов [Школьник, 1974]. В растениях тяжёлые металлы распределяются по органам и тканям неравномерно [Алексеенко, 2001; Соколов, Черников, Лукин, 2008; и др.], и здесь речь идёт о защитных механизмах организма. В процессе эволюции растения выработали различные механизмы, позволяющие преодолевать неблагоприятные воздействия с целью сохранения потенциала размножения и распространения [Физиология растений, 2005]. К защитным механизмам растений следует отнести совокупность структур и химических реакций неспецифической природы – это поясок Каспари, обменная ёмкость корней, органические соединения, ионные насосы. Данные механизмы срабатывают разными способами: задерживают избыточное поступление ионов механически, переводят в менее доступное состояние, изолируют в вакуолях или возвращают в среду (почву) [Ильин, 1985]. Используя специфичность растений потреблять, накапливать и распределять по органам вещества, в том числе токсичные [Физиология растений, 2005], можно выращивать экологически безопасную растительную продукцию при разном уровне антропогенного воздействия на агроэкосистемы. В своих исследованиях В.Б. Ильин [1975] отмечал, что наименьшими концентрациями токсикантов отличаются семена, так как их элементный химический состав находится под сильным генетическим контролем. В семенах содержится такая концентрация химических элементов, которая удовлетворяет потребности проростка-гетеротрофа. Высокая толерантность проростков овса к тяжёлым металлам (медь, цинк, свинец, кадмий) отмечается в исследованиях А.В. Ильинского и Р.И. Матюхина [2004], которые объясняют данный факт 37 наличием большого количества питательных веществ в семенах, прежде всего сахаров. Опытами данных авторов установлен следующий убывающий ряд токсичности металлов на проростки овса: кадмий, цинк, свинец, медь. Вместе с тем негативное влияние тяжёлых металлов может проявляться снижением биомассы растения. Так, исследованиями Д.В. Спринчак [2005] установлено значительное снижение урожая зелёной массы, соломы и семян рапса при увеличении содержания кадмия и свинца в почве. Наибольшее негативное влияние отмечалось на урожае семян рапса. Для роста растений необходимо оптимальное содержание элемента в почве, неблагоприятным считается не только его избыток, но и недостаток. В соответствии с «идеальной кривой» роста растений [Smith, 1962], наибольший урожай можно получить при концентрации элемента в почве, не превышающей порог дефицита или избытка. В некоторых исследованиях [Алексеенко, 2001] показано, что средние содержания одного и того же элемента в различных видах растений, выращенных в одинаковых условиях, отличаются в 2-5 раз. При этом, чем выше концентрация элемента в среде обитания организма, тем выше разница в содержании элемента в различных видах растений. 1.6 Пути снижения негативного воздействия тяжёлых металлов на агроэкосистемы В современных условиях загрязнения окружающей среды тяжёлыми металлами вопрос стабильности качества урожая приобретает определённый смысл, который трактуется в возможности получения растениеводческой продукции, пригодной в пищу человека [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Почвы и почвенный покров в целом относятся к незаменимым, невозместимым и невозобновляемым природным ресурсам, которые, однако, при рациональном хозяйственном использовании не изнашиваются. Поэтому их охрана от разрушения и техногенного загрязнения должна быть одной из важных 38 задач [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Почвы необходимо рассматривать не только как начальное звено пищевой цепи, но и как источник вторичного загрязнения атмосферы и гидросферы и как интегральный показатель экологического состояния окружающей среды [Литвинов, 2000]. При ведении сельского хозяйства в условиях промышленного загрязнения В.Н. Калуцков [1989] предложил три типа стратегии. Первый – прекращение сельскохозяйственной деятельности при загрязнении пашни и выращиваемых культур, если возникает опасность для здоровья человека (обычно это территория, максимально приближенная к источнику загрязнения). Второй – перестройка системы земледелия, затрагивающая землеиспользование, набор возделываемых культур и их агротехнику, мелиоративные мероприятия и т.д. с целью уменьшения потока тяжёлых металлов по пищевой цепочке. Третий – профилактика негативного техногенного воздействия на окружающую природную среду, результаты которого ещё не превышают гигиенических нормативов. При больших концентрациях тяжёлых металлов в почве единственным эффективным мероприятием является выемка загрязнённого грунта [Дабахов, Смирнова, Титова, 2005]. Оптимизация питания растений биогенными элементами позволяет усилить физиологические барьерные функции растений по отношению к тяжёлым металлам и снизить их поток из почвы. Интенсивность поступления тяжёлых металлов из почвы в растения в большой степени зависит от агрохимических фонов, создаваемых системами удобрений (органическая, органоминеральная, минеральная) [Соловьёва, 2001, 2002; Лебедева и др., 2001]. Агрохимическое окультуривание почвы заключается в повышении содержания гумуса, нейтрализация почвенной кислотности, обогащение почвы фосфатами [Алексеев, 2008]. О важности определения оптимальной дозы в системе применения минеральных удобрений говорится в работах многих авторов [Никитишен и др., 2002; Духанин, 2003; Назарюк, 2007; Хмелёв, Танасиенко, 2009; и др.]. 39 Количество внесённых удобрений должно полностью обеспечивать питание возделываемых культур, способствовать формированию высокого и качественного урожая и не оказывать негативных экологических последствий для окружающей среды. По мнению В.И. Кирюшина, удобрения необходимо применять в наукоёмких интенсивных агротехнологиях высокой точности, которые окажут наименьшую нагрузку на окружающую среду [2012]. Органические удобрения адсорбируют и удерживают в поглощённом состоянии большинство тяжёлых металлов. Внесение органических удобрений в высоких дозах, использование зелёных удобрений, муки из рисовой соломы снижают содержание кадмия и фтора в растениях, а также токсичность хрома и других тяжёлых металлов [Добровольский, Гришина, 1985]. Положительное влияние органических удобрений с целью рекультивации почв, загрязнённых кадмием и свинцом, показано в исследованиях О.П. Амелиной, С.А. Тобратова и И.Ю. Мажайской [2004]. По данным Ю.Д. Кутуковой и др. [2002], внесение торфонавозной смеси снижает содержание тяжёлых металлов в растениях, выращенных на сильнозагрязнённых супесчаных дерново-подзолистых почвах, на 20-25 %. В исследованиях Т.И. Боковой [2003] показано, что в качестве универсального детоксиканта можно рассматривать гуминовые препараты, которые способны снижать концентрацию тяжёлых металлов по трофической цепи. Исследованиями В.Г. Минеева и Н.Ф. Гомоновой [1993] установлено, что процессы мобилизации тяжёлых металлов протекали слабее при внесении навоза и азотно-калийных удобрений. Кроме того, при известковании и внесении навоза на кислых почвах в растительной продукции содержалось наименьшее количество тяжёлых металлов. Тенденция наименьшего накопления тяжёлых металлов в растениях отмечена при внесении суперфосфата. В опытах Р.М. Сокаевой и др. [2009] показано, что применение мелиорантов и органических удобрений на загрязнённых ТМ почвах – высокоэффективный приём детоксикации. Внесение в почву известковой муки в дозе 6 т/га значительно снижало содержание ТМ в клубнях картофеля. Действие полупревшего навоза несколько уступало известкованию, хотя в целом было 40 эффективным. С одной стороны, металлы в виде карбонатов и гидрооксидов имеют низкую растворимость, с другой – известь на кислых почвах значительно увеличивает микробную массу, а микроорганизмы, в свою очередь, способны поглощать и удерживать многие металлы [Оглуздин и др., 1996]. Однако в Западной Сибири известкование почвы возможно на очень ограниченной площади, так как в подавляющем большинстве в загрязнённых почвах по исследованиям В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], реакция среды уже стала щелочной за счёт техногенной известь содержащей пыли. Известкование только повысит рН, выведет его за пределы оптимального для сельскохозяйственных культур диапазона 6,5-7,5 и само станет неблагоприятным фактором. Совместное внесение минеральных удобрений с органическими в самых различных формах (навоз, сидераты, солома) – один из приёмов снижения фитотоксичности почвы, микроорганизмов в отмеченной результате увеличением загрязнения токсинообразующих тяжёлыми металлами. При совместном внесении удобрений увеличивается численность микроорганизмов, обеспечивающих необходимый (аммонификаторы, азотфиксаторы), уровень эффективного повышается активность плодородия ферментов, уменьшается фитотоксичность почвы [Духанин, 2003]. Для очистки почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, применяют метод фиторемедиации – очистка и восстановление с использованием растений. Фитоэкстракция (разновидность метода фиторемедиации) – удаление ТМ из загрязнённых почв путём длительного выращивания растений. В качестве индукторов применяют органические хелатообразующие кислоты. В опытах по индуцированной фитоэкстракции свинца из загрязнённого грунта И.Е. Автухович [2010] в качестве индуктора использовал трилон Б. В эксперименте с горчицей белой при содержании свинца в грунте 200 мг/кг под влиянием трилона Б, внесённого в различных дозах, накопление поллютанта в растениях повышалось в соответствии с увеличением дозы индуктора фитоэкстракции. Коэффициенты биологического поглощения свинца под влиянием трилона Б, внесённого в дозах 1; 3 и 10 ммоль/кг, возросли соответственно в 8,0; 20,1; 85,5 раза по сравнению с 41 вариантом без трилона Б. При дозе свинца 1000 мг/кг под влиянием хелатообразующего агента, внесённого в дозах 1; 3 и 10 ммоль/кг, коэффициенты биологического поглощения свинца увеличились соответственно в 24,4; 42,9; 27,9 раза по сравнению с вариантом без трилона Б. На основании теоретических расчётов, сделанных автором, для очистки грунта от свинца (при концентрации 200 мг/кг) без применения трилона Б потребовалось бы 282 года, с применением трилона Б в дозе 10 ммоль/ кг грунта – 6 лет. В других исследованиях [Галиулин, Галиулина, Возняк, 2004] установлено, что при выращивании горчицы сарептской и внесение этилендиаминтетрауксусной кислоты (в качестве эффектора фитоэкстракции) время достижения фоновой концентрации меди в почве сокращалось относительно контроля от 2,0 до 2,6 раза. С целью сохранения загрязнённой земли в сельском хозяйстве можно использовать выращивание толерантных к избытку тяжёлых металлов культур или сортов, возделывание технических и лесных культур [Ильин, Сысо,2001]. Подбор генотипа сорта в значительной мере снизит накопление тяжёлых металлов в растениях до экологически безопасных уровней [Назарюк, 2004]. Существенного снижения тяжёлых металлов в овощах и картофеле можно добиться приёмами кулинарной обработки: промывка, очистка, снятие кожуры, бланшировка [Соколов, Черников, Лукин, 2008]. Некоторыми исследованиями [Bruggemann, Ocker, Bergthaffer, 1983] установлено, что очистка клубней картофеля приводила к снижению содержания кадмия и цинка на 20 %, а свинца на 80-90 %. По другим данным кулинарная обработка фруктов и овощей снижала концентрацию кадмия на 10 % [Trepton, List, 1983]. Несомненно, наиболее важными и предпочтительными всё же остаются предупредительные меры от загрязнения тяжёлыми металлами, в систему которых входит экологический мониторинг, позволяющий обнаружить неблагоприятные изменения в экосистеме ещё в начальном звене трофической цепи и своевременно принять меры по их устранению. 42 2 УСЛОВИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Природно-климатические условия Новосибирской области Новосибирская область территориально расположена на контакте двух крупных геоморфологических регионов – Западно-Сибирской равнины и АлтаеСаянской горной страны. Определяющее влияние на особенности литологических и биоклиматических условий, состав почвенного покрова, создающие определённый уровень природно-хозяйственного потенциала земель, оказывают различия в строении поверхности [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Общая площадь Новосибирской области 17,776 млн га, что составляет 15% от всей территории Западной Сибири [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. ЗападноСибирская равнина, общая площадь которой 2,5 млн км2, не защищена от влияния Северного Ледовитого океана, что в значительной степени определяет природные условия области. При общей равнинности на территории области хорошо выражены низменности, плато и возвышенности. Северные районы области включают южные Центральный и склоны западный сильно районы заболоченного области Васюганского относятся к плато. Барабинской аккумулятивной озерно-аллювиальной низменности. Барабинская низменность к востоку от верховий р. Чулым и юго-востоку от долины р. Карасук геоморфологически достаточно чётко отчленяется Приобским плато. К югу и юго-западу Бараба постепенно переходит в Кулундинскую денудационноаккумулятивную озёрно-аллювиальную равнину. В восточной части области обособляется расширенный участок долины р. Оби с боровыми террасами, смыкающимися с Присалаирской наклонной хорошо дренированной равниной, переходящей в Салаирский кряж. К северу от долины р. Берди располагаются Буготакские сопки, а к северу от долины р. Ини – возвышенность Сокур, входящие в систему Колывань-Томской возвышенности. Восточная часть территории области включает северо-западную окраину Кузнецкой межгорной котловины. Морфоструктуры Новосибирской области различаются биоресурсным 43 потенциалом и экологической ёмкостью, характеризующейся способностью выдерживать хозяйственную нагрузку при сохранении исходного ландшафтноэкологического состояния территории [Адаптивно-ландшафтные … , 2002]. Особенностью климата Новосибирской области является его континентальность: перепады температур в самый холодный месяц (январь) и в самый тёплый (июль) достигают 900 С [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Сумма температур воздуха выше 100 С, определяющая начало и конец вегетации большинства сельскохозяйственных культур, уменьшается с юга на север от 2160 до 1700°С; с запада на восток – от 1900 до 1600°С. Даты перехода среднесуточных температур воздуха через 10˚С в многолетнем цикле в западной части области 10 мая и 18 сентября на юге, 18 мая и 12 сентября на севере, а в восточной – 12-14 мая и 12-14 сентября на западе, 20 мая и 10 сентября на востоке. Средняя температура воздуха наиболее теплого месяца (июля) составляет в северных районах области 17…18°С, в южных 20…21°С. В дневное время в июле температура воздуха на территории области может достигать 25…30°С, а в отдельные годы и 35…40°С. Холодный сезон года на территории Новосибирской области начинается в ноябре и характеризуется быстрым нарастанием отрицательных температур воздуха. Абсолютные минимумы в самом холодном месяце (январе) составляют минус 50-55°С. Различия среднемесячных температур зимой в южных и северных районах равнинной части области сравнительно небольшие (от минус 20,8 до 18,2°С). Длительность безморозного периода изменяется в западной части области с юга на север от 133 до 102-87 дней, в восточной – от 120 на западе до 90 дней на востоке [Адаптивно-ландшафтные … , 2002]. Количество осадков за год в среднем изменяется от 325 мм в югозападных районах левобережья до 450 мм в северных районах. Более увлажняемая – правобережная часть; в пределах Салаирского плоскогорья в среднем за год выпадает более 500 мм осадков. Наибольшее количество осадков приходится на июль (иногда август), а наименьшее – на февраль и март. За зимний период выпадает примерно 17-20% осадков от их годовой суммы. Осенью обычно 44 поступает больше осадков, чем весной; причём практически повсеместно весна бывает засушливой. Повторяемость весенней засухи в юго-западных районах области 35% и более, в северных и восточных районах 10% и менее [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Дефицит атмосферных осадков в мае – июне составляет в подтайге 20 мм, в лесостепи – 20-50, в степи – более 50 мм [Природные ... , 1986]. Существенную долю ресурсов увлажнения почв пахотных земель составляют запасы воды в снежном покрове. В левобережной части области они составляют 70-100 мм, в правобережной – 90-140 мм [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Земельные ресурсы Новосибирской области значительны и разнообразны: на долю сельскохозяйственных угодий приходится 7,7 млн га, из них пашня составляет 3,6 млн га, а сенокосы и пастбища – около 4 млн га [Доклад … , 2011]. Лесные ресурсы области, расположенные в основном в северной и восточной её части, занимают 2,3 млн га, около 4,0 млн га занимают болота, озёра и реки занимают 828,4 тыс. га [Почвы Новосибирской … , 1966; Адаптивноландшафтные … , 2002]. Почвенно-климатические ресурсы Новосибирской области достаточно благоприятны для ведения сельскохозяйственного производства. Климатические условия и сельскохозяйственные угодья области позволяют выращивать товарное зерно (преимущественно яровой пшеницы), некоторые технические, кормовые, овощные, плодово-ягодные культуры и картофель [Адаптивно-ландшафтные … , 2002]. 2.2 Характеристика почв Новосибирской области Почвенный покров области представлен широким спектром почв и их комбинаций в пределах каждой морфоструктуры [Адаптивно-ландшафтные … , 2002]. Распределение почвенного покрова на территории области подчинено широтной зональности с севера на юг. Область разделена на тёжно-лесную, 45 лесостепную и степную зоны в зависимости от выраженности природных условий. На территории Новосибирской области выделено 12 основных типов почв, что является результатом длительного естественного развития основных процессов почвообразования: подзолистого, дернового (гумусо- аккумулятивного), солонцового (галогенного) и болотного (гидроморфного). Наибольшую площадь из 12 основных типов почв Новосибирской области занимают болотные (23,0%), солонцы (21,7%) и луговые (19,8%) [Семендяева, Галеева, Мармулев, 2003]. К наиболее ценным землям области относятся пахотнопригодные почвы Приобского плато, Предсалаирской равнины, Колывань-Томской возвышенности и Кузнецкой котловины. Именно на этих территориях располагаются наиболее плодородные почвы: чернозёмы оподзоленные, выщелоченные и реже обыкновенные, лугово-чернозёмные выщелоченные и солонцеватые, а также серые лесные оподзоленные почвы (преимущественно тёмно-серые). Почвы Приобского плато представлены чернозёмами: от обыкновенных до выщелоченных и оподзоленных (со сменой подтипов с юга на север). Оподзоленные чернозёмы сочетаются с тёмно-серыми оподзоленными почвами. В западинах чернозёмов обыкновенных формируются солоди и серые лесные осолоделые почвы. В западинах чернозёмов выщелоченных и оподзоленных – серые лесные глееватые и серые лесные глеевые. Широкие плоские понижения Приобского плато представлены лугово-чернозёмными солонцеватыми и осолоделыми почвами в сочетании с чернозёмно-луговыми, чаще осолоделыми. Почвы Предсалаирской равнины представлены в основном чернозёмами выщелоченными и оподзоленными, а также серыми лесными оподзоленными – тёмно-серыми, серыми и светло-серыми. Почвенный покров Кузнецкой котловины представлен тем же составом. На территории Колывань-Томской возвышенности преобладают тёмно-серые и серые оподзоленные почвы, выщелоченные и оподзоленные чернозёмы имеют подчинённое значение. Почвы Барабы представлены чернозёмами южными, чаще обыкновенными с признаками 46 осолонцевания и осолодения, а также чернозёмами выщелоченными. Значительные площади заняты лугово-чернозёмными почвами. В составе пахотных угодий Новосибирской области преобладают чернозёмные почвы (чернозёмы и лугово-чернозёмные) – 63%. При этом на долю чернозёмов оподзоленных и выщелоченных, наиболее плодородных почв, приходится свыше 24% площади пахотных земель. Серые оподзоленные почвы, по пахотнопригодности относящиеся к удовлетворительным, занимают в составе пашни 15%. Наименее плодородные почвы – дерново-подзолистые – распаханы на площади более 26 тыс. га. Около 13% площади пашни составляют не пригодные для этого почвы: луговые, солоди луговые и лугово-болотные, солонцы и солончаки [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Строение профиля чернозёма выщелоченного среднемощного среднесуглинистого, как наиболее преобладающей пахотнопригодной почвы, выглядит следующим образом (Приобское плато) [Семендяева, Галеева, Мармулев, 2003]: 0-23 см – горизонт Апах – тёмно-серый, среднесуглинистый, комковатопылеватый, рыхлый, свежий, много остатков корней и стерни, однородный, переход постепенный; 23-42 см – горизонт АВ – тёмно-серый с буроватым оттенком, среднесуглинистый, слегка уплотнен, свежий, комковато-зернистый, тонкопористый, корней меньше, переход постепенный; 42-58 см – горизонт В – буровато-серый, неоднородный, с гумусовыми потеками, тяжелосуглинистый, комковатый, тонкопористый, уплотнен, пронизан корнями растений, увлажнён, переход постепенный; 58-85 см – горизонт ВС – буровато-жёлтый, осветленный, неравномерной окраски, единичные крупные кротовины, заполненные гумусовым материалом, тяжелосуглинистый, тонкопористый, увлажнён, комковатый, переход ясный по линии карбонатов; 47 85-145 см – горизонт Ск – желтовато-палевый, неоднородный, бесструктурный, карбонаты в виде псевдомицелия, увлажнён, бурно вскипает от соляной кислоты, перерыт кротовинами. Профиль черноземов выщелоченных и гумусовый горизонт хорошо развиты, карбонаты относительно глубоко выщелочены (80-130 см), однако дифференциация на элювиально-иллювиальные горизонты выражена слабо. Им свойственны сравнительно мощный гумусовый горизонт (40-60 см), который позволяет проводить глубокую основную обработку, благоприятные водные, воздушные и физико-химические свойства, позволяющие возделывать практически все районированные сельскохозяйственные культуры и получать высокие и устойчивые урожаи. 2.3 Объекты и методы исследований Объектами исследований являлись основные компоненты агроэкосистем (почва и растения) сельскохозяйственных угодий Новосибирской области. Исследования проводили в период с 2002 по 2011 г. в соответствии с методическими указаниями [1991, 2006]. Образцы исследуемой почвы и растений были отобраны на реперных участках, расположенных в Новосибирской области (зона деятельности ФГБУ «ЦАС «Новосибирский»). Схема последовательности проведения исследований представлена на рисунке 1. Расположены реперные участки в пяти природно-геоморфологических районах Новосибирской области, различающихся экологической ёмкостью, на территории 7 административных районов, в 10 хозяйствах, площадь участка 8 га. Почвы представлены пятью типами, наиболее характерными для каждой морфоструктуры (таблица 3). Новосибирская область Реперные участки Приобское плато Кузнецкая котловина Колывань -Томская возвышенность 1. АО «Морское», Новосибирский р-н 2. ОПХ «Элитное», Новосибирский р-н 9. ГПКЗ «Чикский», Коченёвский р-н 3. К-з «Гигант», Тогучинский р-н Предсалаирская равнина 4. АКХ «Льниха», Тогучинский р-н 6. П/х з-да «Химконцентрат», Новосибирский р-н Барабинская низменность 5. АО «Александровское», Маслянинский р-н 7. АО «Кабинетное», Чулымский р-н 10. АО «Евсинское», Искитимский р-н 8. АО «Первомайское», Каргатский р-н Отбор образцов Почва Пахотный горизонт Растения Почвенный профиль Основная продукция Побочная продукция Определение валового содержания тяжёлых металлов: кадмий, свиней, цинк, медь Экологическая оценка уровней концентрации тяжёлых металлов в компонентах агроэкосистем сельскохозяйственных угодий Рисунок 1 – Схема исследований Для распределения участков по природно-геоморфологическим районам использована схема морфоструктур Новосибирской области В.А. Хмелёва и А.А. Танасиенко [2009], расположение участков представлено на рисунке 2. Таблица 3 – Список реперных участков Номер Хозяйство, Район Тип, подтип почвы участка Приобское плато 1 АО «Морское» Новосибирский Чернозём выщелоченный 2 ОПХ «Элитное» Новосибирский Чернозём выщелоченный 9 ГПКЗ «Чикский» Коченевский Чернозём выщелоченный Кузнецкая котловина 3 К-з «Гигант» Тогучинский Чернозём выщелоченный Колывань – Томская возвышенность 4 6 АКХ «Льниха» Тогучинский Тёмно-серая лесная оподзоленная П/х завода «Химконцентраты» Светло-серая лесная Новосибирский оподзоленная Предсалаирская равнина 5 10 АО «Александровское» Маслянинский АО «Евсинское» Искитимский Серая лесная оподзоленная Тёмно-серая лесная Барабинская низменность 7 АО «Кабинетное» Чулымский 8 АО «Первомайское» Каргатский Чернозёмно-луговая солонцеватая Глубокий солонец Примечание – Васюганское плато (I), Барабинская низменность (II), Приобское плато (IV), Долина р. Оби (V), Сузунская аллювиальная равнина (V 1), Предсалаирская равнина (VI), Салаирское низкогорное плато (VII), Колывань – Томская возвышенность (VIII), Кузнецкая котловина (IX). Рисунок 2 – Картосхема расположения реперных участков в Новосибирской области (зона обслуживания ФГБУ «ЦАС «Новосибирский») При закладке сельскохозяйственные реперных и участков учитывали производственно-технологические все природно- условия, чтобы максимально характеризовать все многообразие факторов, влияющих на сельскохозяйственное производство. Наличие антропогенных загрязнителей (расстояние, их количество) представлено в таблице 4. 51 Таблица 4 – Удалённость от антропогенных загрязнителей Район, хозяйство Расстояние реперных участков от загрязнителей, км фер- склады заво- аэро- ТЭЦ жел. авто- карьмы ды дромы доро- доро- еры мин. ядоги ги удобр. хим. 5 14 19 16 12 4 - Новосибирский, АО «Морское» Новосибирский, 6 10 ОПХ «Элитное» Тогучинский, 7 к-з «Гигант» Тогучинский, 3 АКХ «Льниха» Маслянинский, АО 5 «Александровское» Новосибирский, п/х 2 5 «Химконцентрат» Чулымский, 5 АО «Кабинетное» Каргатский, АО 4 «Первомайское» Коченёвский, 3 3 ГПКЗ «Чикский» Искитимский, 3 9 АО «Евсинское» Примечание – Прочерк – объект отсутствует. Реперный участок используется в 21 14 8 4 - - - - 3 - - - 1 8 9 - - - 6 - 6 - 3 1 8 - - 5 2 - - - - 2 - 12 - 8 6 - - - 9 1 9 сельскохозяйственном производстве и не исключается из действующего севооборота. Он закрепляется на местности, его географические координаты вносятся в паспорт реперного участка (таблица 5). Исследования вели в соответствии с методическими указаниям по проведению локального мониторинга [Методические указания … , 1991, 2006]. Работы на реперных участках включали следующие пункты: закладка почвенного разреза; отбор смешанных почвенных проб; отбор растительных проб; проведение аналитических работ; изучение миграции химических элементов в почве; анализ результатов обследования реперных участков. 52 Таблица 5 – Топографическая привязка реперных участков НоРайон, мер хозяйство учка 1 Новосибирский, АО «Морское» 2 Новосибирский, ОПХ «Элитное» 3 Название ближайшего населенного пункта Ленинское Географические координаты, градусы, минуты широта долгота 54 51 82 48 Элитный 54 52 82 55 Тогучинский, к-з «Гигант» Юрты 54 52 82 54 4 Тогучинский, АКХ «Льниха» Льниха 55 07 83 40 5 Маслянинский, Александровка 54 28 84 20 Садовый 55 07 82 57 АО «Александровское» 6 Новосибирский, п/х з-да «Химконцентрат» 7 Чулымский, АО «Кабинетное» Кабинетное 55 08 81 20 8 Каргатский, АО «Первомайское» Барановский 54 55 80 14 9 Коченёвский, ГПКЗ «Чикский» Прокудское 55 04 82 31 10 Искитимский, АО «Евсинское» Ургун 54 31 83 29 Образцы почвы отбирали ежегодно весной с глубины пахотного слоя, с почвенных разрезов на глубину 1 м отбирали в 2006 и в 2011 гг. один раз в 5 лет в соответствии с методическими указаниями. Отбор смешанных почвенных проб Сплошное обследование почв на реперном участке проводили ежегодно ранней весной до начала полевых работ. Поле (часть поля), отведенное под реперный участок, разбивали на четыре одинаковых элементарных участка независимо от его площади. На каждом элементарном участке отбирали не менее 20 точечных проб, которые объединяли в одну смешанную пробу и анализировали на все показатели [Методические указания … , 1991]. Отбор точечных проб на элементарном участке проводили по двум диагоналям, если участок квадратный, и по одной 53 диагонали, если участок прямоугольный (соотношение сторон 1: 2). С 2006 г. из 4 объединенных проб составляли 1 смешанную пробу, которую анализировали на все показатели [Методические указания … , 2006]. Масса смешанной пробы не менее 1,5 кг. Точечные пробы отбирали почвенным буром. Если почва рыхлая, то пробы отбирали лопатой. В смешанных пробах почвы определяли валовое содержание тяжелых металлов. Если при анализе проб почвы, отобранных весной, выявляли превышение ПДК (ОДК) [Предельно допустимые … , 2006] хотя бы по одному загрязняющему показателю, то проводили повторный отбор почвенных проб осенью во время уборки урожая. Миграцию элементов питания растений и загрязняющих веществ изучали посредством закладки скважин на контрольных точках, глубиной до 1 м. Закладывали скважины один раз в 5 лет в ранневесенний период (до начала полевых работ). На загрязненных территориях рекомендуется ежегодно определять тяжелые металлы. На реперном участке закладывали 4 скважины, по одной в центре каждого элементарного участка. Из каждой скважины отбирали по 5 индивидуальных проб через каждые 20 см. Индивидуальные пробы из 4 скважин смешивали по слоям и получали 5 объединенных почвенных проб. В объединенных почвенных пробах из скважин определяли валовое содержание тяжелых металлов. Отбор растительных проб Пробы растений с выделением основной и побочной продукции отбирали перед уборкой урожая. Для получения объединённой пробы массой 1 кг отбирали не менее 10 точечных проб с пробных площадок с типичным состоянием растений. В зависимости от вида сельскохозяйственных культур размер площадок может быть 1х1 м (для культур сплошного сева) или 1 х 2 м (для пропашных культур). Растения сушили, корнеплоды предварительно мыли, затем в сухом виде размалывали. 54 Валовое содержание тяжелых металлов в почве и растениях определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии с пламенной атомизацией в соответствии с методическими указаниями [1992], ГОСТ 30178-96, ГОСТ 306922000. Экстракцию тяжёлых металлов из почвы проводили 5М (молярной) азотной кислотой. Тяжелые металлы в растительных пробах определяли в их зольных растворах. Минерализацию проб растений проводили методом сухого озоления или кислотной экстракции с озолением, или методом автоклавной подготовки [Методические указания … , 1992; ГОСТ 26929-94; Определение содержания … , 2000]. Измеряли содержание тяжелых металлов в почвенных вытяжках на атомноабсорбционном Аналитические лаборатории спектрофотометре работы ФГБУ КВАНТ-АФА выполняли «ЦАС в или КВАНТ-2АТ. аккредитованной испытательной «Новосибирский». Достоверность результатов испытаний и измерений подтверждали в соответствии с методическими указаниями параллельными испытаниями и использованием стандартных образцов почвы и растений. Статистическую методами обработку дисперсионного, экспериментальных вариационного и данных корреляционного проводили анализов [Доспехов, 1985] с использованием пакета программ SNEDECOR [Сорокин, 2004]. Достоверность различий между вариантами оценивали по критериям Фишера (F) и Стьюдента (t). 2.4 Метеорологические условия в период проведения исследований Распределение тяжёлых металлов по поверхности почвы зависит от многих факторов, в том числе от метеорологических особенностей региона, геохимических факторов и ландшафтной обстановки в целом [Добровольский, Гришина, 1985]. Климатические условия являются одним из главных факторов, влияющих на направление и интенсивность процесса почвообразования, на элементный 55 химический состав толщи почвообразующих пород. Соотношение тепла и влаги определяет не только продуктивность растений, но и аккумуляцию химических элементов в почвах, формы их нахождения, подвижность, миграцию [Сысо, 2007]. При возделывании сельскохозяйственных культур на землях конкретной территории должен учитываться именно местный климат, прежде всего количество поступающих тепла и влаги [Хмелёв, Танасиенко, 2009]. Основные агроклиматические показатели составлены по данным ФГБУ «Новосибирский центр по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды с функциями регионального специализированного метеорологического центра». Рассчитаны средние показатели по району исследования по данным 7 гидрометеостанций: Каргат, Чулым, Тогучин, Новосибирск, Коченёво, Маслянино, Искитим. Погодные условия в годы наблюдений значительно колебались (таблица 6). Вегетационный период ряда лет наблюдений характеризовался умеренно тёплым и засушливым (2003, 2010, 2011), другие годы были отмечены повышенным количеством атмосферных осадков (2002, 2004, 2007), в 2009 г. выпало максимальное количество осадков из 10 лет исследований. В остальные годы количество осадков приближалось к средним многолетним данным. 56 Таблица 6 – Основные агроклиматические показатели района исследования за 2002-2011 гг. Год Теплообеспеченность Влагообеспеченность сумма основной дата среднее температур период наступления количество ческий более 100 вегетации с устойчивой температурой температуры гидротерми- осадков, коэффи- мм циент (ГТК) 100С, воздуха выше более 100С дней 2002 2185 141 05.05 283 1,3 2003 2325 142 04.05 156 0,7 2004 2309 142 02.05 279 1,2 2005 2114 129 07.05 248 1,2 2006 2145 128 11.05 234 1,1 2007 2082 146 23.04 290 1,3 2008 2032 129 07.05 253 1,3 2009 1921 131 08.05 301 1,6 2010 - - - 157 0,8 2011 - - - 168 0,7 Примечание – Прочерк – данные отсутствуют 3 ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОМПОНЕНТОВ АГРОЭКОСИСТЕМ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ УГОДИЙ НОВОСИБИРСКОЙ ОБЛАСТИ ПО СОДЕРЖАНИЮ КАДМИЯ, СВИНЦА, ЦИНКА И МЕДИ (НА ПРИМЕРЕ РЕПЕРНЫХ УЧАСТКОВ ЛОКАЛЬНОГО МОНИТОРИНГА) 3.1 Содержание тяжёлых металлов в почвах исследуемых агроэкосистем Основные циклы миграции металлов в биосфере (водные, атмосферные, биологические) начинаются в почве, потому что в ней мобилизуется большая часть металлов и образуются их миграционные формы [Цинк и кадмий … , 1992]. По мнению некоторых авторов [Титова, Дабахова, Дабахов, Ветчинников, 2013], экологические функции почвы очень долго недооценивались, в экологических исследованиях основное внимание уделялось контролю качества воздуха, воды, пищевых продуктов. Вместе с тем почва является начальным звеном в биологической цепи почва – растение – человек, и от концентрации в ней элементов будет зависеть содержание в других звеньях [Красницкий, 2001]. Химический состав почвы отражается на формировании не только отдельных видов растений, но и фитоценозов в целом [Школьник, 1974]. Контроль состояния окружающей природной среды включает несколько этапов. На первом этапе оценивают существующие уровни концентрации тяжёлых металлов в экосистемах. На втором этапе разрабатывают прогностические модели поведения загрязняющих веществ для прогнозирования уровней загрязнения. Третий этап включает научно обоснованное нормирование загрязнений для предотвращения их негативного действия [Алексеев, 1987]. 3.1.1 Динамика содержания тяжёлых металлов в пахотном горизонте почвы На элементный химический состав почв оказывают влияние, наряду с другими факторами, время и деятельность человека. При оценке загрязнения пахотных почв диагностическим следует считать слой 0-20 см [Сысо, 2007]. 58 Динамику валового содержания тяжёлых металлов в пахотном слое почвы наблюдали в период с 2002 по 2011 г. Статистические параметры и доверительные интервалы валового содержания тяжёлых металлов в пахотном слое почв на реперных участках представлены в приложениях А и Б. Кадмий. Средние значения валового содержания кадмия в пахотном слое почв за 10 лет колебались по участкам от 0,15 до 0,37 мг/кг (таблица 7) [Фещенко, 2013а]. Различия между участками не значимы (Р<0,05). По данным В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], среднее валовое содержание кадмия в основных типах почв Новосибирской области колеблется от 0,15 до 0,21 мг/кг. Максимальное содержание металла отмечено в 2011 г. на участке 5 (АО «Александровское», Маслянинский р-н) и составило 0,70 мг/кг, что существенно ниже ОДК. Повышение валового содержание кадмия отмечено в 2008 г. и на других реперных участках, за исключением участка 9 (ГПКЗ «Чикский», Коченёвский р-н), на котором максимум содержания кадмия пришёлся на 2009 г. Варьирование кадмия в широких пределах на реперных участках по годам отмечено и ранее [Отчёт научно-производственной … , 2013]. По данным Центра агрохимической службы «Новосибирский», за период 1991-1995 гг. среднее содержание кадмия в почвах реперных участков составило 0,29 мг/кг, за период 1996-2000 гг. – 0,15 мг/кг, что, вероятно, объясняется низкими концентрациями элемента и его способностью к миграции. По данным Г.В. Добровольского и Л.А. Гришиной [1985], в почвах лёгкого механического состава и обеднённых гумусом процессы миграции кадмия усиливаются. Анализ средних по годам свидетельствует о значительном колебании содержания кадмия от 0,09 мг/кг в 2005 г. до 0,40 мг/кг в 2008 г., различия значимы. Отмечено увеличение содержания кадмия в пахотном слое почвы в среднем по участкам. Максимум уровня концентрации металла пришёлся на 2008 г. с дальнейшим снижением к 2011 г. 59 Таблица 7 – Валовое содержание кадмия в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011 гг.), мг/кг 2011 2010 Среднее 2009 2008 2007 2006 2005 2004 ка 2003 участ- Год исследования 2002 Номер 1 0,15 0,16 0,13 0,07 0,16 0,23 0,36 0,34 0,33 0,24 0,22±0,03 2 0,14 0,14 0,11 0,07 0,20 0,25 0,40 0,32 0,33 0,33 0,23±0,04 3 0,16 0,16 0,16 0,13 0,27 0,40 0,50 0,45 0,42 0,56 0,32±0,05 4 0,11 0,12 0,09 0,07 0,15 0,22 0,27 0,27 0,16 0,24 0,17±0,02 5 0,26 0,26 0,24 0,16 0,32 0,49 0,63 0,46 0,17 0,70 0,37±0,06 6 0,11 0,11 0,08 0,06 0,10 0,16 0,26 0,21 0,20 0,19 0,15±0,02 7 0,16 0,16 0,12 0,09 0,15 0,30 0,36 0,28 0,27 0,24 0,21±0,03 8 0,18 0,18 0,17 0,11 0,17 0,34 0,45 0,36 0,25 0,24 0,25±0,03 9 0,15 0,16 0,11 0,08 0,14 0,28 0,34 0,40 0,26 0,28 0,22±0,03 10 0,19 0,18 0,14 0,09 0,24 0,40 0,44 0,37 0,39 0,39 0,28±0,04 Сред- 0,16± 0,16± 0,14± 0,09± 0,19± 0,31± 0,40± 0,35± 0,28± 0,34± нее 0,014 0,013 0,015 0,010 0,021 0,032 0,035 0,025 0,028 0,052 Fвыч. – 14,85; Fтабл. – 1,97; станд. ошибка – 0,03; НСР05 – 0,13; Р<0,05 Свинец. Динамику валового содержания свинца в пахотном слое почвы наблюдали в период с 2002 по 2011 г. (таблица 8). Средние значения по участкам значительно колебались от 8,7 до 15,0 мг/кг [Фещенко, 2012а]. Различия между участками значимы (Fвыч. – 33,45; Fтабл. – 1,97; Р<0,05). Максимальное содержание свинца зафиксировано на участке 8 (АО «Первомайское», Каргатский р-н). Самая низкая концентрация металла отмечена на участке 6 (п/х з-да «Химконцентраты», Новосибирский р-н). Исследования динамики валового содержания свинца в пахотном слое почвы за 10 лет показали достаточно стабильный его уровень во все годы. Колебания были незначительными – от 12,0 до 14,4 мг/кг. Действие фактора годы 60 незначимо. Максимум концентрации металла отмечен в 2009 г., далее – снижение в последующие годы. Таблица 8 - Валовое содержание свинца в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011 гг.), мг/кг 2011 2010 Среднее 2009 2008 2007 2006 2005 2004 ка 2003 участ- Год исследования 2002 Номер 1 10,3 10,4 13,2 10,7 11,4 11,7 11,9 13,4 12,9 10,9 11,7±0,37 2 11,6 11,4 13,8 11,1 11,2 11,4 11,5 12,8 11,3 10,6 11,7±0,30 3 13,7 13,2 15,6 13,6 12,6 13,3 13,4 14,9 13,6 15,2 13,9±0,31 4 12,5 12,8 14,4 13,3 13,1 12,6 12,8 15,2 13,6 11,2 13,2±0,35 5 12,4 12,4 14,2 13,3 12,1 12,5 12,6 14,6 13,5 13,4 13,1±0,27 6 8,2 7 13,8 13,8 14,4 14,5 13,1 14,6 14,5 15,6 14,5 16,7 14,6±0,32 8 14,6 14,6 14,3 14,2 14,1 14,3 15,0 17,5 14,8 16,7 15,0±0,36 9 11,2 11,2 11,5 11,6 11,8 12,3 12,2 15,4 12,1 12,7 12,2±0,39 10 11,9 12,0 12,6 12,5 13,3 12,6 12,3 14,4 13,1 13,2 12,8±0,23 7,9 8,4 8,9 8,6 8,3 8,8 9,7 8,8 9,1 8,7±0,16 Сред- 12,0± 12,0± 13,2± 12,4± 12,1± 12,4± 12,5± 14,4± 12,8± 13,0± нее 0,59 0,60 0,65 0,56 0,49 0,55 0,54 0,66 0,55 0,82 Fвыч. – 1,41; Fтабл. – 1,97; станд. ошибка – 0,61; НСР05 – 2,77; Р<0,05 Цинк. Динамику валового содержания цинка в пахотном слое почвы наблюдали в период с 2002 по 2011 г. (таблица 9). Средние значения по участкам значительно колебались – от 33,9 до 58,3 мг/кг. Различия между участками значимы (Fвыч. – 21,57; Fтабл. – 1,97; Р<0,05). Максимальное содержание цинка отмечено на участке 3 (к-з «Гигант», Тогучинский р-н). Самая низкая концентрация металла на участке 6 (п/х з-да «Химконцентраты», Новосибирский р-н). Анализ средних по годам свидетельствует о низкой степени колебаний 61 содержания цинка от 42,3 до 55,7 мг/кг. Доказано, что действие фактора годы значимо. Максимум концентрации металла отмечен в 2008 г. и далее снижение в последующие годы. Таблица 9 – Валовое содержание цинка в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011 гг.), мг/кг 2011 2010 Среднее 2009 2008 2007 2006 2005 2004 ка 2003 участ- Год исследования 2002 Номер 1 53,3 54,0 53,7 46,3 45,0 48,0 57,0 57,0 44,0 51,0 50,9±1,60 2 53,8 52,7 55,7 49,4 48,0 45,0 56,0 59,0 44,0 48,0 51,2±1,82 3 59,5 58,7 61,8 61,2 54,0 52,0 65,0 63,0 49,0 59,0 58,3±1,76 4 40,9 40,0 45,7 45,9 43,0 40,0 49,0 48,0 36,0 41,0 43,0±1,30 5 48,9 49,3 50,8 56,6 47,0 45,0 57,0 56,0 43,0 55,0 50,9±1,60 6 35,8 31,5 34,4 36,4 34,0 31,0 40,0 35,0 26,0 35,0 33,9±1,19 7 43,6 42,8 47,3 49,5 40,0 48,0 53,0 47,0 40,0 53,0 46,4±1,50 8 53,8 52,4 54,4 50,6 52,0 49,0 63,0 59,0 47,0 49,0 53,0±1,54 9 51,2 51,6 52,4 50,6 47,0 47,0 59,0 55,0 49,0 52,0 51,5±1,68 10 50,5 50,5 52,9 49,8 50,0 48,0 58,0 56,0 45,0 52,0 51,3±1,62 Сред- 49,1± 48,4± 50,9± 49,6± 46,0± 45,3± 55,7± 53,5± 42,3± 49,5± нее 2,24 2,53 2,31 2,07 1,86 1,87 2,26 2,57 2,20 2,19 Fвыч. – 3,10; Fтабл. – 1,97; станд. ошибка – 2,22; НСР05 – 10,13; Р<0,05 Медь. Динамику валового содержания меди в пахотном слое почвы наблюдали в период с 2002 по 2011 г. (таблица 10). Средние значения по участкам значительно колебались – от 10,4 до 20,0 мг/кг [Фещенко, 2013б]. Анализ различия факторных средних показал, что разница между участками значима. F-критерий на 95%-м уровне вероятности составил 32,57 (Fтабл. – 1,97). Стандартная ошибка опыта – 0,54; НСР05 – 2,47. 62 Наиболее часто встречаемые естественные валовые содержания меди в почвах Новосибирской области, по данным В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], от 20 до 40 мг/кг. По годам наблюдения прослеживаются менее значительные колебания содержания меди – от 15,0 до 19,0 мг/кг. Действие фактора годы незначимо. Таблица 10 – Валовое содержание меди в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011 гг.), мг/кг 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 ка 1 18,5 18,3 18,8 17,8 24,4 20,1 21,7 22,5 18,2 19,6 20,0±0,69 2 17,0 16,3 18,1 18,7 18,8 17,7 20,1 21,0 16,3 18,9 18,3±0,49 3 17,8 17,3 18,6 20,5 19,4 18,0 20,0 21,4 15,9 20,9 19,0±0,56 4 13,3 13,7 14,4 16,1 14,2 14,5 15,6 16,7 14,2 15,0 14,8±0,34 5 12,3 12,2 13,9 14,5 17,4 12,9 14,4 15,3 12,0 14,2 13,9±0,53 6 9,2 10,6 10,7 14,1 9,0 7 16,2 15,9 17,7 18,4 21,1 19,0 19,5 18,5 14,5 20,0 18,1±0,64 8 18,4 18,4 19,2 18,3 24,0 19,5 21,3 22,2 16,8 19,4 19,8±0,68 9 17,9 18,0 19,5 18,4 17,3 18,9 20,1 21,0 17,0 21,1 18,9±0,46 10 16,8 17,1 17,2 16,9 18,0 18,2 19,9 20,2 16,6 18,9 18,0±0,41 9,3 2004 Среднее 2002 участ- Годы исследования 2003 Номер 11,1 10,9 8,7 10,5 10,4±0,50 Сред- 15,7± 15,7± 16,8± 17,0± 18,9± 16,8± 18,4± 19,0± 15,0± 17,9± нее 0,98 0,95 0,92 0,87 1,12 1,12 1,10 1,17 0,90 1,10 Fвыч. – 1,82; Fтабл. – 1,97; станд. ошибка – 1,03; НСР05 – 4,68; Р<0,05 Максимальное содержание металла было отмечено в 2006 году на участке 1 (АО «Морское», Новосибирский р-н). Самая низкая концентрация меди отмечена на участке 6 (п/х з-да «Химконцентраты», Новосибирский р-н). Коэффициент вариации составил от 7,26 до 15,0 % в зависимости от участка. Низкая 63 вариабельность указывает на незначительную изменчивость показателя по годам исследования. Таким образом, экологический мониторинг тяжёлых металлов в пахотном слое почв Новосибирской области показал, что содержание свинца, цинка и меди за 10 лет не увеличилось (рисунок 3). Содержание элемента, мг/кг 60 50 40 30 20 10 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Год свинец цинк медь Рисунок 3 – Динамика валового содержания свинца, цинка и меди в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011гг.), мг/кг Уровень концентрации кадмия повысился с 2002 по 2011 г. и составил в среднем 0,34 мг/кг. Увеличение содержания кадмия в пахотном слое почвы Кадмий, мг/кг отмечено с 2006 года (рисунок 4). 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Годы Рисунок 4 – Динамика валового содержания кадмия в пахотном слое почвы реперных участков (2002-2011гг.), мг/кг 64 3.1.2 Закономерности распределения тяжёлых металлов в разных типах почв На распределение тяжёлых металлов оказывают влияние различные факторы, в том числе метеорологические особенности региона, геохимические факторы, ландшафтная обстановка. По поверхности почв химические элементы могут рассеиваться или накапливаться в зависимости от характера геохимческих барьеров данной территории [Добровольский, Гришина, 1985]. Кадмий. Исследования по валовому содержанию кадмия в пахотном слое разных типов почв проводили с 2002 по 2011 г. (таблица 11). Установлены достоверные различия по его содержанию в зависимости от типа почв (Fвыч. – 4,00; Fтабл. – 2,29; Р<0,05). Таблица 11 – Валовое содержание кадмия в пахотном слое разных типов почв (2002-2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы ±s lim V, % Светло-серая лесная оподзоленная 0,15±0,02 0,06 – 0,26 44,2 Серая лесная оподзоленная 0,37±0,06 0,16 – 0,70 51,6 Тёмно-серая лесная оподзоленная 0,17±0,02 0,07 – 0,27 44,0 Тёмно-серая лесная 0,28±0,04 0,09 – 0,44 45,3 Чернозём выщелоченный 0,25±0,04 0,09 – 0,40 46,7 Чернозёмно-луговая солонцеватая 0,21±0,03 0,09 – 0,36 41,7 Глубокий солонец 0,25±0,03 0,11 – 0,45 43,5 Максимальное содержание кадмия в пахотном слое в среднем за 10 лет отмечено в серой лесной оподзоленной почве – 0,37 мг/кг. Наименьшей его концентрацией характеризуются светло-серая лесная оподзоленная и тёмно-серая лесная оподзоленная – 0,15 и 0,17 мг/кг соответственно. Остальные типы почв содержат кадмия от 0,21 до 0,28 мг/кг. В чернозёме выщелоченном его 0,25 мг/кг. 65 Исследования по содержанию кадмия в профиле почвы показали достоверную чёткую дифференциацию по слоям почвы (Fвыч. – 9,43; Fтабл . – 2,78; Р<0,01), что соотносится со сведениями других авторов [Ильин, Сысо, 2001; Волошин, 2004]. Данные различия достоверны и для профиля между почвами разных типов (Fвыч. – 5,33; Fтабл. – 2,51; Р<0,01). Таблица 12 – Распределение кадмия по профилю разных типов почв (2006, 2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы Глубина, см 0-20 21-40 41-60 61-80 81-100 Чернозём выщелоченный 0,28 0,14 0,08 0,09 0,11 Светло-серая лесная оподзоленная 0,15 0,07 0,04 0,03 0,05 Серая лесная оподзоленная 0,51 0,41 0,30 0,12 0,07 Тёмно-серая лесная оподзоленная 0,20 0,11 0,05 0,06 0,09 Тёмно-серая лесная 0,32 0,18 0,04 0,04 0,09 Чернозёмно-луговая солонцеватая 0,20 0,16 0,10 0,17 0,14 Глубокий солонец 0,21 0,13 0,11 0,14 0,12 Отмечено наибольшее содержание кадмия в слоях 0-20 и 21-40 см и значительное, практически в 2 раза, снижение в нижележащих. Такая закономерность отмечалась в чернозёме выщелоченном и тёмно-серой лесной оподзоленной почве. В тёмно-серой лесной почве эта дифференциация выражена более чётко. В светло-серой лесной оподзоленной максимальное содержание кадмия отмечалось лишь в слое 0-20 см., все нижележащие горизонты содержали кадмия вдвое меньше. По данным Г.В. Добровольского и Л.А. Гришиной, в почвах лёгкого механического состава и обеднённых гумусом процессы миграции кадмия усиливаются [1985]. Солонец глубокий и чернозёмно-луговая солонцеватая почва отличались достаточно равномерным распределением содержания кадмия по профилю с менее выраженной его аккумуляцией в слое 0-20 см. В серой лесной 66 оподзоленной почве содержание металла равномерно снижалось вниз по профилю до глубины 1 м. Свинец. Валовое содержание свинца в пахотном слое разных типов почв изучали с 2002 по 2011 г. (таблица 13). Установлены достоверные различия по содержанию свинца в зависимости от типа почв (Fвыч. – 51,94; Fтабл. – 2,29; Р<0,05). Максимальное содержание металла в пахотном слое в среднем за 10 лет отмечено в чернозёмно-луговой солонцеватой почве (14,6 мг/кг) и глубоком солонце (15,0 мг/кг). Наименьшая концентрация характерна для светло-серой лесной оподзоленной почвы (8,7 мг/кг). Остальные типы почв содержали свинца около 13,0 мг/кг. В чернозёме выщелоченном уровень его концентрации составил 12,4 мг/кг. По данным В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], наиболее часто встречаемое естественное валовое содержание свинца в почвах Новосибирской области колеблется от 15,0 до 25,0 мг/кг. Таблица 13 – Валовое содержание свинца в пахотном слое разных типов почв (2002-2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы ±s lim V, % Светло-серая лесная оподзоленная 8,7±0,16 7,9 – 9,7 5,9 Серая лесная оподзоленная 13,1±0,27 12,1 – 14,6 6,4 Тёмно-серая лесная оподзоленная 13,2±0,35 11,2 – 15,2 8,3 Тёмно-серая лесная 12,8±0,23 11,9 – 14,4 5,8 Чернозём выщелоченный 12,4±0,26 11,6 – 14,1 6,6 Чернозёмно-луговая солонцеватая 14,6±0,32 13,1 – 16,7 6,9 Глубокий солонец 15,0±0,36 14,1 – 17,5 7,7 Результаты исследований содержания свинца по профилю разных типов почв представлены в таблице 14. Полученные данные выявили, что уровень концентрации металла по профилю почв меняется незначительно, но данные различия достоверны (Fвыч. – 3,39; Fтабл. – 2,78; Р<0,05). Данные различия 67 достоверны также и для профиля между почвами разных типов (Fвыч. – 29,42; Fтабл. – 2,51; Р<0,01). Снижение уровня концентрации свинца отмечено в слое почвы 81-100 см. Такая закономерность закономерность отмечена можно объяснить на чернозёме тем, что выщелоченном. заметной Данную дифференциации гранулометрического состава выщелоченных чернозёмов по профилю практически не обнаруживается [Семендяева, Галеева, Мармулев, 2003]. Таблица 14 – Распределение свинца по профилю разных типов почв (2006, 2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы Глубина, см 0-20 21-40 41-60 61-80 81-100 Чернозём выщелоченный 12,1 11,9 12,2 11,6 10,8 Светло-серая лесная оподзоленная 8,9 8,4 8,1 8,1 8,5 Серая лесная оподзоленная 12,8 13,0 13,1 14,0 12,4 Тёмно-серая лесная оподзоленная 12,2 13,1 11,9 12,7 12,2 Тёмно-серая лесная 13,3 13,2 13,2 14,3 11,8 Чернозёмно-луговая солонцеватая 14,9 15,2 13,0 11,5 11,8 Глубокий солонец 15,4 15,7 15,5 13,9 12,9 На солонце глубоком и чернозёмно-луговой солонцеватой почве наибольшее содержание свинца зафиксировано в подпахотном горизонте (21-40см), а ниже по профилю равномерное снижение до глубины 1м. В солонцах горизонты В 1 и В2 имеют по сравнению с выше- и нижележащими горизонтами более тяжёлый механический состав [Почвы Новосибирской … , 1966]. В чернозёмно-луговых почвах верхний горизонт обеднён илом, в горизонтах В1 и В2 заметна иллювиированность [Семендяева, Галеева, Мармулев, 2003]. Максимальное перемещение свинца по профилю отмечается в светло-серой лесной оподзоленной почве, где наибольшее содержание металла зафиксировано в слое 81-100см. В 68 тёмно-серой лесной оподзоленной почве самое низкое содержание свинца зафиксировано на глубине почвенного разреза 41-60 см. На серой лесной оподзоленной и тёмно-серой лесной почве незначительное увеличение металла отмечено в слое 61-80 см и снижение в слое 81-100 см. По гранулометрическому составу серые лесные почвы довольно разнообразны – от тяжелосуглинистых до легкосуглинистых. Для них характерно перемещение ила в процессе вымывания вниз по профилю и накопление его в иллювиальном горизонте [Семендяева, Галеева, Мармулев, 2003]. Происходит нисходящая миграция илистых частиц, обычно богатых тяжёлыми металлами [Ильин, Сысо, 2001]. Цинк. Валовое содержание цинка в пахотном слое разных типов почвы изучали с 2002 по 2011 г. (таблица 15). Установлены достоверные различия по содержанию цинка в зависимости от типа почв (Fвыч. – 25,09; Fтабл. – 2,29; Р<0,05). Таблица 15 – Валовое содержание цинка в пахотном слое разных типов почвы (2002-2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы ±s lim V, % Светло-серая лесная оподзоленная 33,9±1,19 26,0 – 40,0 11,0 Серая лесная оподзоленная 50,9±1,60 43,0 – 57,0 10,0 Тёмно-серая лесная оподзоленная 43,0±1,30 36,0 – 49,0 9,6 Тёмно-серая лесная 51,3±1,18 45,0 – 58,0 7,3 Чернозём выщелоченный 53,0±1,38 46,5 – 59,3 8,2 Чернозёмно-луговая солонцеватая 46,4±1,50 40,0 – 53,0 10,2 Глубокий солонец 53,0±1,54 47,0 – 63,0 9,2 Цинк в почве более мобилен, чем кадмий и свинец, однако при повышении содержания органического вещества и утяжелении механического состава почвы уменьшается его миграционная способность [Добровольский, Гришина, 1985]. Средние значения цинка по типам почв колебались от 33,9 до 53,3 мг/кг. Максимальное содержание цинка отмечено в чернозёме выщелоченном и 69 глубоком солонце – по 53,0 мг/кг. Самая низкая концентрация металла в светлосерой лесной оподзоленной почве 33,9 мг/кг. Исследования содержания цинка по профилю разных типов почв достоверной чёткой дифференциации по слоям не выявили, установлено достаточно равномерное распределение металла по профилю (таблица 16). В пахотных почвах эффект биогенной аккумуляции может не проявляться по причине эрозионных процессов [Ильин, Сысо, 2001]. Таблица 16 – Распределение цинка по профилю разных типов почв (2006, 2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы Глубина, см 0-20 21-40 41-60 61-80 81-100 Чернозём выщелоченный 50,5 47,9 46,3 45,5 42,1 Светло-серая лесная оподзоленная 34,5 34,0 35,0 31,0 35,0 Серая лесная оподзоленная 51,0 47,0 45,0 51,5 50,5 Тёмно-серая лесная оподзоленная 42,0 36,5 42,0 38,0 44,5 Тёмно-серая лесная 51,0 47,0 46,0 50,5 44,5 Чернозёмно-луговая солонцеватая 46,5 50,0 53,5 42,0 40,5 Глубокий солонец 50,5 54,0 59,0 49,0 48,0 Валовое содержание цинка между слоями почв разных типов достоверно различается (Fвыч. – 14,90; Fтабл. – 2,51; Р<0,01). Данные различия в основном обусловлены неоднородностью почв по гранулометрическому составу. Медь. На увеличение содержания меди в почве могут влиять: высокое содержание минералов тяжёлой фракции и глинистых минералов, тяжёлый механический состав, наличие коллоидов и органического вещества [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999]. Исследования по валовому содержанию меди в пахотном слое разных типов почвы проводили с 2002 по 2011 гг. (таблица 17). Анализ различия 70 факторных средних показал, что содержание меди в почвах разного типа достоверно различается (Fвыч. – 42,12; Fтабл. – 2,29; Р<0,05). Наибольшее её количество в глубоком солонце и чернозёме выщелоченном 19,8 и 19,1 мг/кг соответственно, что соотносится с исследованиями других авторов [Ильин, Сысо, 2001]. Максимальные концентрации меди характерны для чернозёмов Ростовской области [Закруткин, Шишкина, 1996]. Наименьшая её концентрация отмечена в светло-серой лесной оподзоленной почве (10,4 мг/кг). Таблица 17 – Валовое содержание меди в пахотном слое разных типов почвы (2002-2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы ±s lim V, % Светло-серая лесная оподзоленная 10,4±0,50 8,7 – 14,1 15,0 Серая лесная оподзоленная 13,9±0,53 12,0 – 17,4 12,0 Тёмно-серая лесная оподзоленная 14,8±0,34 13,3 – 16,7 7,3 Тёмно-серая лесная 18,0±0,41 16,6 – 20,2 7,3 Чернозём выщелоченный 19,1±0,46 16,9 – 21,5 7,6 Чернозёмно-луговая солонцеватая 18,1±0,64 14,5 – 21,1 11,2 Глубокий солонец 19,8±0,68 16,8 – 24,0 10,9 Исследования содержания меди по профилю разных типов почв достоверной чёткой дифференциации по слоям не выявили, установлено достаточно равномерное распределение её по профилю (таблица 18). Валовое содержание меди между слоями почв разных типов достоверно различается (Fвыч. – 13,52; Fтабл. – 2,51; Р<0,01). Данные различия в основном обусловлены неоднородностью почв по гранулометрическому составу. 71 Таблица 18 – Распределение меди по профилю разных типов почв (2006, 2011 гг.), мг/кг Тип, подтип почвы Глубина, см 0-20 21-40 41-60 61-80 81-100 Чернозём выщелоченный 20,1 18,9 18,2 19,9 18,9 Светло-серая лесная оподзоленная 12,3 12,3 9,5 10,5 11,9 Серая лесная оподзоленная 15,8 16,5 16,9 20,7 21,5 Тёмно-серая лесная оподзоленная 14,6 13,5 17,3 15,9 20,1 Тёмно-серая лесная 18,5 17,8 17,7 21,6 18,3 Чернозёмно-луговая солонцеватая 20,6 22,0 20,1 17,5 18,3 Глубокий солонец 21,7 22,9 21,5 20,4 18,8 Результатами исследований пахотного слоя разных типов почв за 2002-2011 гг. установлено, что уровень содержания тяжёлых металлов зависит от типа почв (рисунок 5). Приоритетной поэлементной зависимости от одного типа почв не установлено. Достаточно сложно соблюсти одинаковую представительность проб по всем параметрам. Вместе с тем максимальное содержание кадмия в пахотном слое почвы в среднем за 10 лет отмечено в серой лесной оподзоленной почве – 0,37±0,06 мг/кг. Максимальное содержание свинца – в чернозёмно-луговой солонцеватой почве – 14,6±0,32 мг/кг и глубоком солонце – 15,0±0,36 мг/кг, цинка – в чернозёме выщелоченном и глубоком солонце – по 53,0±1,38 мг/кг, меди – в глубоком солонце и чернозёме выщелоченном – 19,8±0,68 и 19,1±0,46 мг/кг соответственно. Светло-серая лесная оподзоленная почва менее всего насыщена тяжёлыми металлами: кадмием, свинцом, цинком и медью, что в основном обусловлено её легкосуглинистым гранулометрическим составом. 60 53 46,4 50 40 53 51,3 50,9 43 33,9 30 20 10 10,4 8,7 0,15 14,8 13,2 13,9 13,1 0,37 18 12,8 0,28 0,17 19,1 12,4 0,25 18,1 14,6 19,8 15 0,25 0,21 Глубокий солонец Чернозёмнолуговая солонцеватая Чернозём выщелоченный Тёмно-серая лесная Тёмно-серая лесная оподзоленная Серая лесная оподзоленная 0 Светло-серая лесная оподзоленная Содержание элемента, мг/кг 72 Тип почвы цинк медь свинец кадмий Рисунок 5 – Среднее валовое содержание тяжёлых металлов в пахотном слое разных типов почв (2002-2011 гг.), мг/кг 3.1.3 Распределение тяжёлых металлов в почвах разного гранулометрического состава Кадмий. Различия среднего валового содержания кадмия за 10 лет между почвами разного гранулометрического состава в пахотном слое не значимы (таблица 19). F-критерий на 95%-м уровне вероятности составил 2,60 (Fтабл. – 2,84). Вместе с тем, следует отметить, что легкосуглинистые почвы содержат кадмия в 1,5 раза меньше, чем средне- и тяжелосуглинистые и глинистые. 73 Таблица 19 – Валовое содержание кадмия в пахотном слое почв разного гранулометрического состава (2002-2011 гг.), мг/кг 2011 2010 Сред2009 2008 2007 2006 2005 2004 состав 2003 рический Год исследования 2002 Грануломет- нее Легкосугли- 0,11 0,11 0,08 0,06 0,10 0,16 0,26 0,21 0,20 0,19 0,15± нистый 0,021 Среднесу- 0,16 0,17 0,14 0,10 0,21 0,31 0,42 0,37 0,28 0,39 0,26± глинистый 0,036 Тяжелосу- 0,18 0,17 0,13 0,09 0,20 0,35 0,40 0,33 0,33 0,32 0,25± глинистый 0,034 Глинистый 0,18 0,18 0,17 0,11 0,17 0,34 0,45 0,36 0,25 0,24 0,25± 0,034 Свинец. Среднее валовое содержание свинца в среднем за 10 лет в почвах разного гранулометрического состава в пахотном слое существенно различается (таблица 20). Таблица 20 – Валовое содержание свинца в пахотном слое почв разного гранулометрического состава (2002-2011 гг.), мг/кг 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Сред- 2002 рический Год исследования Легкосугли- 8,2 7,9 8,4 8,9 8,6 8,3 8,8 9,7 8,8 9,1 состав нистый Среднесуглинистый Тяжелосуглинистый Глинистый 2011 Грануломет- нее 8,7± 0,16 12,0 11,9 13,8 12,3 12,0 12,3 12,4 14,4 12,8 12,3 12,6± 0,26 12,9 12,9 13,5 13,5 13,2 13,6 13,4 15,0 13,8 15,0 13,7± 0,24 14,6 14,6 14,3 14,2 14,1 14,3 15,0 17,5 14,8 16,7 15,0± 0,36 74 F-критерий на 95%-м уровне вероятности составил 104,8 (Fтабл. – 2,84). В почвах лёгкого гранулометрического состава содержится наименьшее количество свинца, в глине – наибольшее. Цинк. Среднее валовое содержание цинка за 10 лет в почвах разного гранулометрического состава в пахотном слое существенно различается (таблица 21). F-критерий на 95%-м уровне вероятности составил 43,16 (Fтабл. – 2,84). Наименьшее содержание цинка в почвах лёгкого гранулометрического состава, в глине – наибольшее. Утяжеление механического состава почв уменьшает миграционную способность цинка [Добровольский, Гришина, 1985]. Таблица 21 – Валовое содержание цинка в пахотном слое почв разного гранулометрического состава (2002-2011 гг.), мг/кг 2011 2010 Сред2009 2008 2007 2006 2005 2004 состав 2003 рический Год исследования 2002 Грануломет- нее Легкосугли- 35,8 31,5 34,4 36,4 34,0 31,0 40,0 35,0 26,0 35,0 33,9± нистый 1,19 Среднесуглинистый Тяжелосуглинистый Глинистый 51,3 51,1 53,4 51,7 47,3 46,2 57,2 56,3 44,2 51,0 51,0± 1,32 47,1 46,7 50,1 49,7 45,0 48,0 55,5 51,5 42,5 53,0 48,9± 1,22 53,8 52,4 54,4 50,6 52,0 49,0 63,0 59,0 47,0 49,0 53,0± 1,54 Медь. Среднее валовое содержание меди в среднем за 10 лет в пахотном слое почв разного гранулометрического состава существенно различается (таблица 22). F-критерий на 95%-м уровне вероятности составил 61,02 (Fтабл. – 2,84). В легкосуглинистых почвах наименьшее количество меди, в глинистых – наибольшее. 75 Таблица 22 – Валовое содержание меди в пахотном слое почв разного гранулометрического состава (2002-2011 гг.), мг/кг 11,1 10,9 8,7 нистый Среднесу- 10,5 10,4± 16,1 16,0 17,2 17,7 18,6 17,0 18,7 19,7 15,6 18,3 17,5± 0,43 16,5 16,5 17,5 17,7 19,6 18,6 19,7 19,4 15,6 19,5 18,1± глинистый Глинистый нее 0,5 глинистый Тяжелосу- 2011 2010 10,6 10,7 14,1 9,0 2009 9,3 Сред- 2008 2004 2007 2003 Легкосугли- 9,2 состав 2006 2002 рический Год исследования 2005 Грануломет- 0,48 18,4 18,4 19,2 18,3 24,0 19,5 21,3 22,2 16,8 19,4 19,8± 0,68 В результате исследований пахотного слоя за 2002-2011 гг. установлено, что уровень содержания тяжёлых металлов зависит от гранулометрического состава почвы (рисунок 6). Наибольшую экологическую напряжённость создают почвы, насыщенные тяжёлыми металлами в большей степени, – это почвы, тяжёлые по гранулометрическому составу, особенно глинистые. Вместе с тем содержание кадмия значительно ниже лишь в легкосуглинистой почве, в остальных почвах его концентрации практически равны. 76 Содержание элемента, мг/кг 70 60 Цинк 53 51 48,9 50 Медь Свинец 40 Кадмий 33,9 30 17,5 12,6 20 10 10,48,7 18,1 13,7 0,26 0,15 0,25 19,8 15 0,25 0 Легкосуглинистый Среднесуглинистый Тяжелосуглинистый Глины Гранулометрический состав Рисунок 6 – Среднее валовое содержание тяжёлых металлов в пахотном слое почв разного гранулометрического состава (2002-2011 гг.), мг/кг 3.1.4 Особенности распределения тяжёлых металлов в почвах разных природно-геоморфологических районов Особенности формирования почвообразующих пород и почв разных природно-геоморфологических районов отражаются на среднем содержании элементов в верхнем слое (0-20 см) основных типов почв, формирующихся на разных формах рельефа [Сысо, 2007]. В наших исследованиях изучалось содержание тяжёлых металлов в пяти различных природно-геоморфологических районах Новосибирской области с 2002 по 2011 г. На территории Приобского плато расположены три реперных участка, в Кузнецкой котловине – один, на территории Колывань-Томской возвышенности, Предсалаирской равнины и Барабинской низменности – по два. Изучены особенности распределения тяжёлых металлов в пахотном слое почв разных геоморфоструктур. Кадмий. Валовое содержание кадмия в пахотном слое существенно различалось в зависимости от района исследования (таблица 23). Анализ различия 77 факторных средних показал, что разница по содержанию кадмия в почвах разных геоморфоструктур значима (Р<0,05). Наименьшее содержание его установлено в почвах пахотного горизонта Колывань-Томской возвышенности – 0,16 мг/кг. В Приобском плато и Барабинской низменности практически одинаковый уровень данного металла – 0,22 и 0,23 мг/кг соответственно. Одинаковое количество кадмия в двух других природно-геоморфологических районах: Кузнецкой котловине и Предсалаирской равнине, но уже в более высоких концентрациях: 0,32 и 0,33 мг/кг соответственно. Таблица 23 – Валовое содержание кадмия в пахотном слое почв разных геоморфоструктур (2002-2011 гг.), мг/кг Годы исследования Сред2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 0,15 0,15 0,11 0,07 0,13 0,25 0,37 0,35 0,31 0,28 0,22± 2004 Приобское 2003 структуры 2002 Геоморфо- плато нее 0,03 Кузнецкая 0,16 0,16 0,16 0,13 0,27 0,40 0,50 0,45 0,42 0,56 0,32± котловина Колывань- 0,05 0,11 0,12 0,09 0,07 0,13 0,19 0,27 0,24 0,18 0,22 0,16± Томская воз- 0,02 вышенность Предсалаир- 0,23 0,22 0,19 0,13 0,28 0,45 0,54 0,42 0,28 0,55 0,33± ская равнина 0,05 Барабинская 0,17 0,17 0,15 0,10 0,16 0,32 0,41 0,32 0,26 0,24 0,23± низменность 0,03 Fвыч. – 8,01; Fтабл. – 2,12; станд. ошибка – 0,04; НСР05 – 0,19; P< 0,05 Полученные данные соотносятся с данными В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], в соответствии с которыми содержание кадмия в почвах пахотного слоя Приобского плато соответствует 0,1 - 0,2 мг/кг. 78 Свинец Исследованиями валового содержания свинца в пахотном слое почв разных природно-геоморфологических районов установлены существенные различия (таблица 24). Таблица 24 – Валовое содержание свинца в пахотном слое почв разных геоморфоструктур (2002-2011 гг.), мг/кг Годы исследования Сред2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 11,0 11,0 12,8 11,1 11,5 11,8 11,9 13,9 12,1 11,4 11,9± 2004 Приобское 2003 структуры 2002 Геоморфо- плато нее 0,29 Кузнецкая 13,7 13,2 15,6 13,6 12,6 13,3 13,4 14,9 13,6 15,2 13,9± котловина Колывань- 0,31 10,4 10,4 11,4 11,1 10,9 10,5 10,8 12,5 11,2 10,2 10,9± Томская воз- 0,21 вышенность Предсалаир- 12,2 12,2 13,4 12,9 12,7 12,6 12,5 14,5 13,3 13,3 13,0± ская равнина 0,22 Барабинская 14,2 14,2 14,4 14,4 13,6 14,5 14,8 16,6 14,7 16,7 14,8± низменность 0,32 Fвыч. – 31,84; Fтабл. – 2,61; станд. ошибка – 0,27; НСР05 – 1,11; P<0,05 Наименьшее содержание свинца установлено в почвах пахотного горизонта Колывань-Томской возвышенности (10,9 мг/кг) и Приобского плато (11,9 мг/кг). В почвах Барабинской низменности уровень данного металла наиболее высокий (14,8 мг/кг). Практически одинаковые концентрации свинца отмечены в двух природно-геоморфологических районах: Кузнецкой котловине и Предсалаирской равнине – 13,9 и 13,0 мг/кг соответственно. По данным А.И. Сысо [2007], содержание свинца в почвах пахотного слоя Колывань-Томской возвышенности 79 меньше, чем в почвах Кузнецкой котловины и Приобского плато, но значительно выше (18 мг/кг), чем в полученных нами исследованиях. Цинк Валовое содержание цинка в пахотном слое почв существенно различалось в зависимости от района исследования (таблица 25). Таблица 25 – Валовое содержание цинка в пахотном слое почв разных геоморфоструктур (2002-2011 гг.), мг/кг Годы исследования Сред2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 52,8 52,8 53,9 48,8 46,7 46,7 57,3 57,0 45,7 50,3 51,2± 2004 Приобское 2003 структуры 2002 Геоморфо- плато нее 1,33 Кузнецкая 59,5 58,7 61,8 61,2 54,0 52,0 65,0 63,0 49,0 59,0 58,3± котловина Колывань- 1,61 38,4 35,8 40,1 41,2 38,5 35,5 44,5 41,5 31,0 38,0 38,5± Томская воз- 1,19 вышенность Предсалаир- 49,7 49,9 51,9 53,2 48,5 46,5 57,5 56,0 44,0 53,5 51,1± ская равнина 1,32 Барабинская 48,7 47,6 50,9 50,1 46,0 49,0 58,0 53,0 43,5 51,0 49,8± низменность 1,25 Fвыч. – 28,08; Fтабл. – 2,61; станд. ошибка – 1,35; НСР05 – 5,44; P<0,05 Наименьшее содержание цинка установлено в почвах пахотного горизонта Колывань-Томской возвышенности – 38,5 мг/кг. В почвах Кузнецкой котловины уровень данного металла наиболее высокий – 58,3 мг/кг. Это можно объяснить тем, что пылеватые частицы почв Кузнецкой котловины и Приобского плато, по данным А.И. Сысо [2007], наследуют высокое содержание элемента от горных пород Алтае-Саянской горной области. По данным автора, эти почвы содержат 98 мг/кг цинка. В почвах Кузнецкой котловины Кемеровской области валовое 80 содержание цинка среднее (55-110 мг/кг) Сладкова, [Просянников, Просянникова, 2013]. Практически одинаковые концентрации цинка (около 50 мг/кг) отмечены в трёх изучаемых природно-геоморфологических районах: Приобском плато, Предсалаирской равнине и Барабинской низменности. Медь Валовое содержания меди в пахотном слое почв разных природногеоморфологических районов существенно различается между разными районами (таблица 26). Таблица 26 – Валовое содержание меди в пахотном слое почв разных геоморфоструктур (2002-2011 гг.), мг/кг Годы исследования Сред2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 17,8 17,5 18,8 18,3 20,2 18,9 20,6 20,1 17,2 19,9 18,9± 2004 Приобское 2003 структуры 2002 Геоморфо- плато нее 0,39 Кузнецкая 17,8 17,3 18,6 20,5 19,4 18,0 20,0 21,4 15,9 20,9 19,0± котловина 0,56 Колывань- 11,3 11,5 12,5 13,4 14,2 11,8 13,7 13,8 11,5 12,8 12,7± Томская воз- 0,34 вышенность Предсалаир- 14,6 14,7 15,6 15,7 17,7 15,6 17,2 17,8 14,3 16,6 16,0± ская равнина 0,41 Барабинская 17,3 17,2 18,5 18,4 22,6 19,3 20,4 20,4 15,7 19,7 19,0± низменность 0,62 Fвыч. – 34,63; Fтабл. – 2,61; станд. ошибка – 0,48; НСР05 – 1,91; P<0,05 Наименьшее содержание меди установлено в почвах пахотного горизонта Колывань-Томской возвышенности (12,7 мг/кг) и Предсалаирской равнины (16,0 мг/кг). В почвах Кузнецкой котловины, Приобского плато и Барабинской низменности установлено равное количество меди (19,0 мг/кг). По данным А.И. 81 Сысо [2007], меди в почвах пахотного слоя Колывань-Томской возвышенности 33 мг/кг, в почвах Кузнецкой котловины и Приобского плато – 43 и 40 мг/кг соответственно. Результатами исследований пахотного слоя почв разных природногеоморфологических районов за 2002-2011 гг. установлено, что уровень содержания тяжёлых металлов зависит от района исследования (рисунок 7). Содержание элемента, мг/кг 70 58,3 60 51,2 51,1 49,8 50 38,5 40 30 19 18,9 20 13,9 11,9 16 12,7 10,9 19 14,8 13 10 0,22 0,32 0,16 0,33 0,23 0 Приобское плато Кузнецкая котловина КолываньТомская возвышенность Геоморфоструктура Цинк Медь Свинец Предсалаирская равнина Барабинская низменность Кадмий Рисунок 7 – Среднее валовое содержание тяжёлых металлов в пахотном слое почв разных геоморфоструктур (2002-2011 гг.), мг/кг Почвы Колывань-Томской возвышенности значительно отличаются от почв других районов исследования. Уровень концентрации исследуемых тяжёлых металлов данного района значительно ниже по всем элементам, что свидетельствует о более низкой экологической напряжённости. Зональные почвы данного района представлены легкосуглинистыми и среднесуглинистыми, обладающими меньшей буферной способностью. 82 3.1.5 Экологическая оценка уровней концентрации тяжёлых металлов в почвах сельскохозяйственных угодий Ценность почвы определяется не только её хозяйственной значимостью, но и незаменимой экологической ролью как важнейшего компонента всех наземных биоценозов и биосферы Земли в целом. Через почвенный покров Земли идут многочисленные экологические связи всех живущих на земле и в земле организмов (в том числе и человека) с литосферой, гидросферой и атмосферой [Почвы СССР … , 1979]. При оценке загрязнения тяжёлыми металлами важно иметь не абсолютно чистую почву, но чтобы уровни содержания элементов в ней находились в количествах, не приводящих к негативным последствиям [Алексеев, 2008]. Сведения об уровне накопления тяжелых металлов в почве относительно гигиенического норматива являются важной информацией экологического состояния окружающей среды. При этом результат будет полностью зависеть от выбранного норматива, так называемого предельно допустимого количества (ПДК) тяжёлых металлов [Ильин, Сысо, 2001]. Уровень валового содержания предельно допустимой концентрации (ПДК) из изучаемых металлов установлен только для свинца, он составляет 32 мг/кг. С 1991 г. он стал дифференцироваться в зависимости от свойств почвы от 32 до 130 мг/кг. В соответствии с нормативной документацией [Предельно допустимые … , 2006; Ориентировочно-допустимые … , 2009] при контроле за состоянием почв преимущество следует отдавать ПДК. Вместе с тем, по мнению многих авторов [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999; Ильин, Сысо, 2001; Красницкий, 2001; и др.], принятые ОДК позволяют более дифференцированно оценивать экологическое состояние почв по содержанию тяжёлых металлов, которые учитывают гранулометрический состав и кислотно-щелочные свойства почвы (pH). В годы исследования (2002-2011 гг.) были проведены измерения pH [ГОСТ 26483-85], для большинства почв (участки 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10) pHKCl (солевая)>5,5, в почвах участков 4 и 5 pHKCl<5,5. 83 Кадмий. В суглинистых и глинистых почвах ОДК кадмия 1 мг/кг при pHKCl<5,5 (участки 4, 5); 2 мг/кг – при pHKCl>5,5 (участки 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10). Исследованиями валового содержания кадмия с 2002 г. по 2011 г. превышения ОДК по всем участкам не выявлено (рисунок 8). Максимальное содержание загрязнителя отмечено на отдельных участках в 2008 г. Анализ данных по годам свидетельствует о значительном колебании содержания кадмия, но превышения допустимых концентраций за весь период исследований не выявлено. 2,5 кадмий, мг/кг 2 1,5 1 0,5 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Год Кадмий ОДК (pH<5,5) ОДК (pH>5,5) Рисунок 8 – Среднее валовое содержание кадмия в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011гг.), мг/кг Свинец. Исследования валового содержания свинца по годам превышения ОДК по всем участкам не выявили (рисунок 9). Для суглинистых и глинистых почв ОДК свинца 65 мг/кг при pHKCl<5,5 (участки 4, 5); 130 мг/кг – при pHKCl>5,5 (участки 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10). Анализ данных валового содержания свинца в пахотном слое почвы за 10 лет позволил установить, что изучаемые почвы характеризуются низким содержанием свинца – менее 0,20 ОДК. Увеличение содержания металла в почве во времени практически не происходит, что является свидетельством экологической безопасности по данному показателю. 84 140 120 Свинец, мг/кг 100 80 60 40 20 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Год свинец ОДК (pH<5,5) ОДК (pH>5,5) ПДК Рисунок 9 – Среднее валовое содержание свинца в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011гг.), мг/кг Цинк. В суглинистых и глинистых почвах ОДК цинка 110 мг/кг при pHKCl<5,5 (участки 4, 5); 220 мг/кг–при pHKCl>5,5 (участки 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10). Исследованиями валового содержания цинка с 2002 г. по 2011 г. не выявлено превышение ОДК по всем участкам (рисунок 10). 250 Цинк, мг/кг 200 150 100 50 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Год цинк ОДК (pH<5,5) ОДК (pH>5,5) Рисунок 10 – Среднее валовое содержание цинка в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011гг.), мг/кг 85 Медь. В суглинистых и глинистых почвах ОДК меди 66 мг/кг при pHKCl<5,5 (участки 4, 5); 132 мг/кг–при pHKCl>5,5 (участки 1, 2, 3, 6, 7, 8, 9, 10). Многолетними наблюдениями валового содержания меди по годам превышения ОДК по всем участкам не выявлено (рисунок 11). 140 Медь, мг/кг 120 100 80 60 40 20 0 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Год медь ОДК (pH<5,5) ОДК (pH>5,5) Рисунок 11 – Среднее валовое содержание меди в пахотном слое почвы на реперных участках (2002-2011гг.), мг/кг Изучаемые почвы характеризуются низким содержанием меди – от 0,22 ОДК и менее, что является свидетельством экологической безопасности по данному показателю. Таким образом, выявленные в почве уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди не превышают их предельно допустимую концентрацию и не представляют опасности для окружающей среды. Содержание тяжёлых металлов в почвах Новосибирской области за 10 лет оценивали по единицам ОДК. Максимальное содержание установлено для цинка, его концентрация в кислых суглинистых и глинистых почвах составила 0,43 ОДК и 0,23 – в нейтральных суглинистых и глинистых. Концентрации кадмия, свинца и меди составили в кислых суглинистых и глинистых почвах 0,27; 0,20; 0,22 ОДК соответственно, в нейтральных – 0,12; 0,10 и 0,14 ОДК (рисунок 12). 86 1=ОДК металла 0,5 0,43 0,4 0,27 0,3 0,2 0,12 0,1 0 0,23 0,2 Кадмий 0,22 0,14 0,1 Свинец Цинк Медь почвы кислые суглинистые и глинистые почвы нейтральные суглинистые и глинистые Рисунок 12 – Содержание тяжёлых металлов в почвах Новосибирской области в период с 2002 по 2011 гг. (единиц ОДК) Вместе с тем отношение концентрации свинца к ПДК составило 0,42 единицы, к кларку почв мира [Виноградов, 1962] – 1,3; по кадмию, цинку и меди – менее 1,0. Результаты исследований, представленные в п.3.1 получены лично автором в 2002-2011 гг. и опубликованы [Фещенко, 2012а; 2013а; 2013б]. 3.2 Содержание тяжёлых металлов в растениях исследуемых агроэкосистем Большую опасность для живых организмов представляют тяжёлые металлы, так как они обладают высокой токсичностью, подвижностью и биоаккумулятивностью [Зырянова, 2007]. Токсичность тяжёлых металлов может проявляться в снижении урожая, уменьшении всхожести, кущения, массы растения, в уменьшении концентрации железа, цинка, меди [Бокова, 2003]. Одним из основных путей поступление тяжёлых металлов в организм человека и животных является употребление в пищу растительной продукции. Тяжёлые металлы, включаясь в биогеохимические круговороты, по пищевым цепям через растения попадают в организм животных и человека, 87 аккумулируются в различных органах и тканях, вызывая различные патологии [Авцын, Жаворонков, Риш и др., 1991], поэтому исследование растительной продукции на содержание тяжёлых металлов очень актуально. Химический состав растительной продукции во многом определяет здоровье животных и человека, так как многие заболевания являются следствием нарушения поступления химических элементов в пищевую цепь [Ильин, Сысо, 2001]. Содержание химических элементов в растениях зависит как от генетических факторов, так и от уровня концентрации в питательной среде. Вместе с тем растения обладают способностью избирательного отношения к ионам: дефицитные интенсивно поглощаются корнями, а избыточные энергично задерживаются. Благодаря этому свойству растения поддерживают необходимый элементный состав до определённого уровня, когда ионы всё-таки проникают в растения, нарушаются физиологические процессы и биохимические реакции. При этом не играет роли, потребляют растения эти элементы в больших количествах (натрий, азот) или в микродозах (медь, цинк), или предположительно ненужные (кадмий, свинец), попадая в избытке, они нарушают процессы метаболизма и, как следствие, понижается продуктивность растений и ухудшается качество продукции [Ильин, 1985]. Разные авторы приводят в своих исследованиях данные по содержанию тяжёлых металлов в растительной продукции в сухом, воздушно-сухом веществе, в растениях естественной влажности. Наши данные приведены в воздушно-сухом веществе. 3.2.1 Уровни концентрации тяжёлых металлов в овощных культурах Овощные культуры, как и большинство культурных растений, обладают меньшей степенью толерантности в отличие от дикорастущих [Ильин, 1985], поэтому очень важно содержащихся в овощах. знать концентрацию элементов-загрязнителей, 88 Концентрация тяжёлых металлов в моркови и картофеле колеблется в широких пределах (таблица 27), но существенно ниже ПДК – 0,03 мг/кг для кадмия, 0,5 – для свинца, 10,0 – для цинка и 5,0 мг/кг для меди [Предельно допустимые … 1986, Гигиенические требования … , 2002]. Таблица 27 – Содержание тяжёлых металлов в моркови столовой и картофеле, мг/кг воздушно-сухой массы Хими- ±s lim ческий элемент Кадмий Свинец Цинк Медь Кадмий Свинец Цинк Медь Источник литературы Ильин, Сысо, Кабата-Пендиас, [2001] (по данным Пендиас [1989], (в разных авторов) сухом веществе) Морковь столовая (корнеплод) 0,033 ± 0,019 0,01 – 0,07 0,06 – 0,2 0,29 ± 0,11 0,08 – 0,45 0,5 – 2,0 8,21 ± 3,40 4,42 – 15,00 10,0 – 30,0 2,24 ± 0,81 0,66 – 3,36 3,0 – 9,0 Картофель (клубни) 0,010 ± 0,001 0,008 – 0,012 0,04 – 0,30 0,50 ± 0,02 0,46 – 0,54 0,40 – 1,40 31,6 ± 0,39 30,80 – 32,60 11,0 – 45,0 1,40 ± 0,07 1,26 – 1,60 3,0 – 10,0 0,5 – 3,0 21,0 – 27,0 4,0 – 8,4 0,03 – 0,30 0,5 – 3,0 10,0 – 26,0 3,0 – 6,6 Для сравнения полученных данных с допустимыми уровнями результаты пересчитывали на натуральную влажность, определение влажности было проведено в процессе исследований по общепринятым методам. Полученные данные несколько ниже, приведённых другими авторами. Вместе с тем данные В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], полученные на незагрязнённых почвах Новосибирской области, авторами предложено использовать в качестве «областных» фоновых значений. Исследованиями установлено [Фещенко, 2014а], что выращенная продукция экологически безопасна по содержанию кадмия, свинца, цинка и меди. 89 3.2.2 Содержание тяжёлых металлов в зерновых культурах Зерно злаковых культур широко используется в пищу и на корм скоту, из него изготавливают муку, макаронные и крупяные изделия, в том числе и для детского и диетического питания. Содержание тяжёлых металлов в зерне яровой пшеницы, овса и ячменя изучали в 2002-2011 гг. (таблица 28). Таблица 28 – Содержание тяжёлых металлов в зерне злаковых культур, мг/кг воздушно-сухой массы Химический ±s lim V, % элемент Яровая пшеница Кадмий 0,033 ± 0,004 0,002 – 0,080 55,7 Свинец 0,33 ± 0,03 0,03 – 0,50 41,4 Цинк 35,30 ± 1,53 17,90 – 46,40 20,4 Медь 5,15 ± 0,40 2,50 – 9,20 36,6 Овёс Кадмий 0,048 ± 0,009 0,030 – 0,070 36,0 Свинец 0,25 ± 0,04 0,16 – 0,33 33,7 Цинк 33,30 ± 5,02 24,40 – 45,00 30,1 Медь 3,71 ± 0,97 2,40 – 6,50 52,1 Ячмень Кадмий 0,018 ± 0,006 0,010 – 0,030 56,8 Свинец 0,23 ± 0,14 0,09 – 0,36 58,2 Цинк 23,40 ± 7,60 11,3 – 37,4 56,2 Медь 3,49 ± 0,87 1,76 – 4,50 43,1 ПДК: кадмий – 0,10; свинец – 0,50; медь – 10,0; цинк – 50,0 90 Содержание кадмия и свинца в зерне пшеницы в наших исследованиях [Фещенко, 2014б] несколько ниже, чем в исследованиях В.Б. Ильина и А.И. Сысо [2001], а диапазон концентраций меди, по нашим данным, шире (2,40-9,20 мг/кг). Уровни концентрации цинка соотносятся с данными приведённых авторов. Полученные уровни концентрации цинка и меди в зерне ячменя соотносятся с данными других авторов [Просянникова, Клевлина, Сладкова, 2010], тогда как содержание кадмия и свинца в наших исследованиях несколько ниже средних приведённых данных. Зерно овса используется не только на кормовые цели, но и в диетическом питании. Полученные данные содержания кадмия, цинка и меди в зерне овса соотносятся с исследованиями других авторов [Фатыхов, Исламова, Рябова, 2013], их концентрации составляют 0,061-0,086; 26,0-41,0 и 3,7-4,2 мг/кг соответственно, содержание свинца менее 0,03 мг/кг. Тогда как, по нашим данным, уровень концентрации свинца в зерне овса колеблется от 0,16 до 0,33 мг/кг, что не превышает ПДК (0,5 мг/кг), и соотносится с другими исследованиями [Кошелев, 2007]. Исследованиями показано значительное варьирование содержания тяжёлых металлов по культурам и по элементам. Вместе с тем их концентрации в зерновых культурах не превышают ПДК [Предельно допустимые … 1986, Гигиенические требования … , 2002], а медь и цинк содержатся в пониженных концентрациях [Физиология растений, 2005], что может свидетельствовать о снижении минеральной полноценности продукции. 3.2.3 Аккумуляция тяжёлых металлов кормовыми культурами Загрязнение почв тяжёлыми металлами снижает питательность выращенной кормовой продукции [Мажайский, Гусева, 2004], а при высоких концентрациях химических элементов корма могут быть токсичными для животных. Установлено, что употребление кормов с повышенным содержанием свинца и 91 кадмия ухудшает биохимический состав крови животных, снижает молочную продуктивность коров и влияет на химический состав молока [Спринчак, 2004]. Содержание тяжёлых металлов в кормовых культурах значительно варьирует не только в разных кормовых культурах, но и внутри вида (таблица 29). Однолетние травы на зелёную массу, состоящие из вики, гороха и овса, содержат большие концентрации тяжёлых металлов, чем зелёная масса из гороха и овса. На высокую чувствительность бобовых культур (вика и люпин) к действию тяжёлых металлов по сравнению с зерновыми культурами (овёс и ячмень) указывается в других исследованиях [Черных, Милащенко, Ладонин, 1999; Соколов, Черников, Лукин, 2008; и др.]. Выявленные в результате исследований уровни содержания кадмия, свинца, цинка и меди [Фещенко, 2014в] не превышают предельно допустимых концентраций, установленных департаментом ветеринарии [Методические указания … , 2002]. Вместе с тем отмечается низкое содержание меди (менее 5 мг/кг) и цинка (менее 30 мг/кг) в кормовых культурах, и речь идёт о дефиците биологически необходимых элементов, что приводит к снижению минеральной полноценности продукции. В норме растения содержат медь в количестве от 5 до 20 мг/кг сухой массы [Физиология растений, 2005], дефицит этого элемента в сельскохозяйственных культурах обнаруживается при концентрациях 3-5 мг/кг, а уровень содержания 2 мг/кг становится критическим [Ильин, Сысо, 2001]. Кроме того, низкие концентрации цинка в организме животных повышают всасывание кадмия [Смоляков, Бокова, Мотовилов, 2003]. Таким образом, выявленные в результате исследований уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди по санитарно-гигиеническим нормам не представляют опасности для окружающей среды. Однако не менее важной является проблема дефицита биологически необходимых элементов – меди и цинка. 92 Таблица 29 – Содержание тяжёлых металлов в кормовых культурах, мг/кг воздушно-сухой массы Химический ±s lim V, % элемент Однолетние травы на зелёную массу (вика, горох, овёс) Кадмий 0,19 ± 0,04 0,15 – 0,26 34,0 Свинец 1,14 ± 0,10 1,00 – 1,33 14,8 Цинк 28,83 ± 1,19 27,40 – 31,20 7,16 Медь 4,27 ± 0,27 3,90 – 4,80 11,1 Зерносмесь на зелёную массу (горох, овёс) Кадмий 0,03 ± 0,02 0,01 – 0,07 101,0 Свинец 0,73 ± 0,54 0,17 – 1,80 128,0 Цинк 9,60 ± 5,50 3,84 – 20,60 99,3 Медь 1,84 ± 0,80 0,98 – 3,44 75,7 Многолетние травы на сено (кострец, люцерна) Кадмий 0,10 ± 0,02 0,002 – 0,19 68,1 Свинец 0,85 ± 0,15 0,13 – 1,70 61,2 Цинк 25,51 ± 3,68 7,04 – 46,00 49,9 Медь 3,24 ± 0,55 0,91 – 7,10 58,8 Травы естественных угодий (разнотравье) Кадмий 0,16 ± 0,07 0,05 – 0,36 87,7 Свинец 1,09 ± 0,16 0,71 – 1,40 29,1 Цинк 21,70 ± 2,82 13,80 – 26,90 26,0 Медь 3,56 ± 0,42 2,82 – 4,73 23,4 Кукуруза Кадмий 0,06 ± 0,03 0,009 – 0,14 103,7 Свинец 1,38 ± 0,78 0,15 – 3,31 104,3 Цинк 25,35 ± 1,26 22,70 – 28,30 10,0 Медь 3,25 ± 0,76 1,60 – 5,19 46,5 93 3.2.4 Особенности распределения тяжёлых металлов по органам растений В растениях тяжёлые металлы распределяются по органам и тканям неравномерно [Алексеенко, 2001; Соколов, Черников, Лукин, 2008; и др.], поэтому, используя эти свойства, можно выращивать экологически безопасную растительную продукцию при разном уровне антропогенного воздействия на агроценозы. В наших исследованиях содержание тяжёлых металлов определяли в основной и побочной продукции, изучен характер локализации кадмия, свинца, цинка и меди по органам различных культур (таблица 30). Таблица 30 – Распределение тяжёлых металлов по органам овощных и злаковых культур, мг/кг воздушно-сухой массы Культура Орган Элемент растения кадмий Морковь Корнеплод столовая Надземная свинец цинк медь 0,033±0,019 0,29±0,11 8,21±3,40 2,24±0,81 0,074±0,040 0,85±0,40 15,27±8,87 5,49±2,73 0,010±0,001 0,50±0,02 31,60±0,39 1,40±0,07 0,040±0,001 2,44±0,02 24,20±0,62 7,21±0,09 масса (ботва) Картофель Клубни Надземная масса (ботва) Яровая Зерно 0,033±0,004 0,33±0,03 35,30±1,53 5,15±0,40 пшеница Стебель 0,094±0,017 0,71±0,13 27,33±2,01 1,70±0,26 Зерно 0,048±0,009 0,25±0,04 33,30±5,02 3,71±0,97 Стебель 0,076±0,031 0,37±0,05 26,95±9,61 2,50±0,43 Зерно 0,018±0,006 0,23±0,08 23,40±7,60 3,49±0,87 Стебель (солома) 0,021±0,005 0,22±0,09 14,60±0,70 1,61±0,22 (солома) Овёс (солома) Ячмень 94 Исследования показали, что содержание тяжёлых металлов в сельскохозяйственных культурах значительно различается. Концентрации кадмия варьировали в пределах 0,01-0,094 мг/кг, при этом наибольшим содержанием отличалась солома (стебель) пшеницы яровой, она аккумулировала кадмия больше, чем солома ячменя, в 4,5 раза. Вместе с тем следует отметить, что максимальная концентрация металла отмечена в стеблях пшеницы, овса и ботве моркови. Содержание свинца варьировало в пределах от 0,22 до 2,44 мг/кг, максимальный уровень концентрации этого загрязнителя отмечен в ботве картофеля – 2,44 мг/кг, морковь столовая и пшеница яровая имели практически равные уровни концентрации свинца, но более низкие, чем в картофеле. Наиболее низким содержанием свинца отмечены овёс и ячмень, причём в зерне этих культур уровень концентрации самый низкий – 0,25 и 0,23 мг/кг соответственно. В более высоких концентрациях растения содержат медь и цинк, что связано с их биологической функцией. Концентрации цинка варьировали от 8,21 до 35,30 мг/кг, при этом пшеница яровая, овёс и картофель аккумулировали цинка больше, чем морковь и ячмень. Содержание меди в исследуемых культурах варьировало в пределах от 1,40 мг/кг в клубнях картофеля до 7,21 мг/кг в его ботве. В зерне яровой пшеницы отмечено наибольшее содержание меди (5,15 мг/кг) в отличие от зерна других злаковых культур (3,41 мг/кг в овсе и 3,49 – в ячмене). Концентрация меди в корнеплодах моркови составила 2,24 мг/кг, что в 2,5 раза меньше, чем в ботве. Значительные различия в содержании тяжёлых металлов отмечены по органам исследуемых сельскохозяйственных культур. Выявлены существенные различия уровня концентрации кадмия и свинца в основной и побочной продукции. Так, в органах запасания ассимилятов и в генеративных органах данные металлы содержались в меньшей концентрации по всем культурам, что соотносится с исследованиями других авторов [Ильин, Сысо, 2001]. Это обусловлено, вероятно, сильным генетическим контролем органов размножения [Ильин, 1975]. Тогда как содержание цинка в клубнях картофеля, цинка и меди – в зерне злаковых культур превышает их концентрацию в ботве и соломе. Данный 95 факт можно объяснить физиологическими потребностями растения в этих элементах. Цинк, например, избирательно поглощается растениями и концентрируется в органах размножения [Цинк и кадмий … , 1992]. В корнеплодах моркови меди и цинка меньше, чем в ботве. Вместе с тем содержание тяжёлых металлов в продукции изучаемых сельскохозяйственных культур не превышало предельно допустимых концентраций [Предельно допустимые … , 1986; Гигиенические требования … , 2002]. 3.3 Тяжёлые металлы в системе почва – растение Морковь столовая. Содержание кадмия, свинца, цинка и меди в моркови в зависимости от их концентраций в почве изучали в 2002, 2004 и 2009 гг. Исследованиями установлена тесная прямая корреляционная зависимость содержания кадмия в корнеплодах моркови от его концентрации в почве [Фещенко, 2014], коэффициент корреляции составил r = 0,97±0,062 при 5 %-м уровне значимости, t-критерий Стьюдента – 15,53 (tтабл. – 2,15) (рисунок 13). Увеличение уровня концентрации тяжёлых металлов в растениях при повышенном поступлении их в почву отмечено и в других исследованиях [Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Волошин, 1996; Кузнецова, Зубарева, 1996; Кадмий, мг/кг Лукин, 1999; Синдирёва, 2011; и др.]. 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 2002 г. 2004 г. почва 2009 г. морковь Рисунок 13 – Содержание кадмия в системе почва – растение 96 Данный факт можно объяснить способностью кадмия к более высокой степени подвижности и скорости передвижения, как в растение, так и внутри него [Алексеев, 1987]. Имея сходные химические свойства и участие в геохимических процессах с цинком, кадмий является его спутником. Эти элементы активно вовлекаются в водную миграцию, в большей степени кадмий [Цинк и кадмий … , 1992]. Исследование уровней концентрации цинка в корнеплодах моркови выявило достоверную тесную зависимость от концентрации в почве, коэффициент корреляции составил r = 0,97±0,12 при 5 %-м уровне значимости, tкритерий Стьюдента – 7,95 (tтабл. – 2,78). Корреляционный анализ показал достоверную тесную отрицательную связь по содержанию свинца и меди в корнеплодах моркови относительно содержания в почве. Коэффициент корреляции по свинцу составил r = -0,69±0,18 при 5 %-м уровне значимости, tкритерий Стьюдента – 3,80 (tтабл. – 2,12), по меди – r = -0,92 ± 0,19, t-критерий Стьюдента – 4,69 (t табл. – 2,78) (рисунки 14-16). Растения имеют регуляторные механизмы поступления меди в организм: при недостаточном содержании в растении они способствуют его поступлению из почвы, при избытке интенсивность поглощения снижается [Бускунова, 2009]. 60 Цинк, мг/кг 50 40 30 20 10 0 2002 г. 2004 г. почва 2009 г. морковь Рисунок 14 – Содержание цинка в системе почва – растение 97 14 25 12 20 Медь, мг/кг Свинец, мг/кг 10 8 6 15 10 4 5 2 0 0 2002 г. 2004 г. почва 2002 г. 2009 г. 2004 г. почва морковь 2009 г. морковь Рисунок 15 – Содержание свинца в Рисунок 16 – Содержание меди в системе почва – растение системе почва – растение Яровая пшеница. Исследования уровня концентрации тяжёлых металлов в зерне яровой пшеницы, в зависимости от их содержания в почве представлены на рисунках 17-20. Корреляционная зависимость содержания кадмия, свинца, цинка и меди в зерне от их концентрации в почве имеется, но эта связь несущественна, Стьюдента t-критерий теоретический по всем элементам превышает фактический. 0,45 Кадмий, мг/кг 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 2002 г. 2004 г. 2006 г. почва 2007 г. 2008 г. 2009 г. зерно пшеницы Рисунок 17 – Содержание кадмия в системе почва – растение Свинец, мг/кг 98 16 14 12 10 8 6 4 2 0 2002 г. 2004 г. 2006 г. почва 2007 г. 2008 г. 2009 г. зерно пшеницы Рисунок 18 – Содержание свинца в системе почва – растение Медь, мг/кг 25 20 15 10 5 0 2002 г. 2004 г. 2006 г. почва 2007 г. 2008 г. 2009 г. зерно пшеницы Рисунок 19 – Содержание меди в системе почва – растение 70 Цинк, мг/кг 60 50 40 30 20 10 0 2002 г. 2004 г. 2006 г. почва 2007 г. 2008 г. 2009 г. зерно пшеницы Рисунок 20 – Содержание цинка в системе почва – растение 99 Таким образом, содержание тяжёлых металлов в растениях изучаемых агроценозов зависит от уровня их концентрации в почве. Степень этой связи зависит от особенностей культуры, потребности растения в том или ином химическом элементе и его защитных свойств, природно-климатических условий произрастания и от множества других факторов. 3.4 Особенности накопления тяжёлых металлов сельскохозяйственными культурами, выращенными в разных природно-геоморфологических районах Содержание химических элементов в растениях зависит как от генетических факторов, так и от уровня концентрации в питательной среде [Ильин, 1985]. Уровни концентрации тяжёлых металлов в зерновых культурах разных природногеоморфологических районов варьируют (таблица 31). Содержание цинка в зерне овса Колывань-Томской возвышенности достоверно ниже, чем в зерне овса Предсалаирской равнины (Fвыч. – 8,62; Fтабл. – 5,99; P<0,05). По другим элементам и культурам достоверных различий не установлено. Выявлены пониженные концентрации меди (менее 5 мг/кг) в зерне пшеницы Приобского плато и Предсалаирской равнины, зерне ячменя и овса, а также в соломе пшеницы изученных районов. Пониженное содержание цинка (менее 30 мг/кг) отмечено в зерне овса Колывань-Томской возвышенности, в зерне ячменя Кузнецкой котловины и соломе яровой пшеницы всех изученных районов. О дефиците биологически необходимых элементов в сельскохозяйственных культурах Новосибирской области отмечалось и в других исследованиях [Агрохимический приём … , 1982; Ильин, Сысо, 2001; Сысо, 2007]. 100 Таблица 31 – Содержание тяжёлых металлов в зерновых культурах, выращенных в разных природно-геоморфологических районах, мг/кг воздушно-сухой массы Химический Приобское элемент плато Кузнецкая Колывань-Томская Предсалаиркотловина возвышенность ская равнина Яровая пшеница (зерно) Кадмий 0,035±0,006 0,022±0,004 0,030±0,001 0,040±0,009 Свинец 0,30±0,07 0,33±0,05 0,37±0,08 0,35±0,06 Цинк 36,17±2,90 31,46±4,21 35,60±2,23 36,94±2,51 Медь 4,18±0,50 6,31±0,91 6,64±0,48 4,60±0,71 Солома яровой пшеницы Кадмий 0,120±0,036 0,090±0,033 0,073±0,013 0,084±0,033 Свинец 0,83±0,27 0,96±0,40 0,47±0,22 0,54±0,13 Цинк 26,27±3,81 27,92±4,74 22,13±4,79 29,70±3,56 Медь 2,41±0,78 1,52±0,27 1,71±0,77 1,27±0,24 Овёс (зерно) Кадмий - - 0,04±0,001 0,050±0,012 Свинец - - 0,19±0,01 0,26±0,04 Цинк - - 24,40±0,27* 36,27±4,05* Медь - - 2,43±0,04 4,13±1,23 Ячмень (зерно) Кадмий - 0,020±0,010 0,015±0,001 - Свинец - 0,31±0,06 0,09±0,01 - Цинк - 16,40±5,10 37,40±0,57 - Медь - 4,35±0,15 1,76±0,05 - Примечания 1 Прочерк – нет данных 2 * – различия достоверны (P<0,05) Следует отметить, что минимальные и максимальные значения содержания некоторых тяжёлых металлов в пределах одного природно-геоморфологического района могут различаться в большей степени. Так, содержание кадмия в зерне яровой пшеницы Предсалаирской равнины Маслянинского и Искитимского районов 101 достоверно различается в 2,5 раза (Fвыч. – 8,22; Fтабл. – 5,99; P<0,05). Отличия минимального и максимального среднего содержания металла в зерне пшеницы разных природно-геоморфологических районов составляют 1,8 раза (Fвыч. – 0,26; Fтабл. – 3,20; P<0,05). Различия уровня концентрации свинца, меди и цинка в зерне яровой пшеницы как Предсалаирской равнины разных административных районов, так и разных природно-геоморфологических районов несущественны 0,5 40 0,45 35 Содержание элемента, мг/кг Содержание элемента, мг/кг (рисунки 21, 22). 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Кадмий 25 20 15 10 5 0 Свинец Маслянинский р-он 30 Цинк Искитимский р-он Медь Маслянинский р-он Искитимский р-он Рисунок 21– Содержание кадмия и Рисунок 22 – Содержание цинка и свинца в зерне пшеницы меди в зерне пшеницы Предсалаирской равнины, мг/кг Предсалаирской равнины, мг/кг воздушно-сухой массы воздушно-сухой массы Исследованиями других авторов [Алексеенко, 2001] показано, что средние содержания одного и того же элемента в различных видах растений, выращенных в одинаковых условиях, могут отличаться в 2-5 раз. При этом чем выше концентрация элемента в среде обитания организма, тем больше разница в содержании элемента в различных видах растений. 102 Таким образом, выявлены достоверные различия содержания цинка в зерне овса Колывань-Томской возвышенности от его концентрации в зерне овса Предсалаирской равнины. По другим элементам и культурам достоверных различий между природно-геоморфологическими районами не установлено. Выявлены пониженные концентрации меди и цинка, свидетельствующие о дефиците биологически необходимых элементов, что приводит к снижению минеральной полноценности продукции. Результаты исследований, представленные в п.3.2; 3.3; 3.4 получены лично автором и опубликованы [Фещенко, 2014а; 2014б; 2014в; 2014г]. 103 ВЫВОДЫ 1. Экологический мониторинг тяжёлых металлов в почвах Новосибирской области с 2002 по 2011 г. показал, что сельскохозяйственное производство и существующий уровень антропогенного влияния не привели к достоверному увеличению содержания свинца, цинка и меди, выявленные повышения концентрации кадмия на отдельных участках не превышают ОДК. Содержание тяжёлых металлов в почвах обусловлено в основном гранулометрическим составом и находится на уровне фона. 2. Достоверно установлено, что содержание кадмия чётко дифференцировано по профилю почвы. Отмечено наибольшее содержание металла в слоях почвы 0-20 и 21-40 см и значительное, практически в 2 раза, снижение в нижележащих слоях. Содержание свинца по профилю почв достоверно различается. Концентрация цинка и меди по профилю почв практически не меняется 3. Максимальное содержание кадмия в пахотном слое почвы в среднем за 10 лет отмечено в серой лесной оподзоленной почве (0,37 мг/кг), свинца – в чернозёмно-луговой солонцеватой (14,6 мг/кг) и глубоком солонце (15,0 мг/кг). В чернозёме выщелоченном и глубоком солонце наибольшие концентрации цинка (по 53,0 мг/кг) и меди (19,1 и 19,8 мг/кг соответственно). Уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди в светло-серой лесной оподзоленной почве наиболее низкие. 4. Выявлены достоверные различия уровня концентрации тяжёлых металлов в почвах разных природно-геоморфологических районов, которые обусловлены в основном составом почвообразующих пород и гранулометрическим составом. Наименьшим содержанием тяжёлых металлов отличаются почвы КолываньТомской возвышенности. По содержанию в почвах геоморфоструктуры располагаются следующим образом: кадмия и цинка Колывань-Томская возвышенность < Приобское плато = Барабинская низменность < Предсалаирская равнина < Кузнецкая котловина. По содержанию свинца: Колывань-Томская 104 возвышенность < Приобское плато < Предсалаирская равнина < Кузнецкая котловина < Барабинская низменность. По содержанию меди: Колывань-Томская возвышенность < Предсалаирская равнина < Приобское плато = Кузнецкая котловина = Барабинская низменность. 5. Содержание тяжёлых металлов в растениях агроценозов зависит от уровня их концентрации в почве. Установлена тесная прямая корреляционная зависимость содержания кадмия и цинка в корнеплодах моркови от концентрации в почве, коэффициент корреляции составил 0,97±0,06 и 0,97±0,12 соответственно. По содержанию свинца и меди в корнеплодах моркови установлена тесная отрицательная связь относительно содержания в почве (r = -0,69±0,18 и r = -0,92±0,19). 6. Значительные различия в содержании тяжёлых металлов отмечены по органам исследуемых сельскохозяйственных культур. В органах запасания ассимилятов и в генеративных органах кадмий и свинец содержались в меньшей концентрации, чем в вегетативных органах, по всем культурам. Содержание цинка в клубнях картофеля и цинка и меди в зерне злаковых культур, превышает их концентрацию в ботве и соломе, что объясняется физиологическими потребностями растений в этих элементах. 7. Выявлены достоверные различия содержания цинка в зерне овса КолываньТомской возвышенности и Предсалаирской равнины (P<0,05). 8. Уровни концентрации кадмия, свинца, цинка и меди в овощных, зерновых и кормовых культурах ниже ПДК. Таким образом, растительная продукция экологически безопасна по содержанию тяжёлых металлов, что объективно отражает уровень антропогенной нагрузки и степень агрогенного влияния на агроценозы сельскохозяйственных угодий Новосибирской области. 9. Выявлено низкое содержание меди (менее 5 мг/кг) и цинка (менее 30 мг/кг) в сельскохозяйственных культурах, свидетельствующее о дефиците биологически необходимых элементов и недостаточной минеральной полноценности продукции, что может негативно отразиться на здоровье животных и человека. 105 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК Автухович, И.Е. Индуцированная фиторемедиация как экстенсивный метод восстановления загрязнённых почв и грунтов / И.Е Автухович // Агрохимический вестник. – 2010. – № 2. – С. 39-40. Авцын, П.А. Микроэлементозы человека: этиология, классификация, органопатология / П.А. Авцын, A.A. Жаворонков, М.А. Риш, Л.C. Строчкова. – М.: Медицина, 1991. – 496 с. Агрохимический приём повышения продуктивности культурных орошаемых сенокосов Барабы: методические рекомендации / А.П. Аникина [и др.] / отв. ред. В.Б. Ильин. – Новосибирск: СО ВАСХНИЛ, 1982. – 35 с. Адаптивно-ландшафтные системы земледелия Новосибирской области / РАСХН. Сиб. отд-ние. СибНИИЗХим. – Новосибирск, 2002. – 388 с. Алексеев, Ю.В. Тяжёлые металлы в почвах и растениях / Ю.В. Алексеев. – Л.: Агропромиздат, 1987. – 140 с. Алексеев, Ю.В. Тяжёлые металлы в агроландшафте / Ю.В. Алексеев. – СПб.: Изд-во ПИЯФ РАН, 2008. – 216 с. Алексеенко, В.А. Основные факторы накопления химических элементов организмами / В.А. Алексеенко // Соровский образовательный журнал. – 2001. – Т. 7, № 8. – С. 20-24. Амелина, О.П. Экологическая оценка техногенного воздействия на ландшафт и методов его рекультивации / О.П. Амелина, С.А. Тобратов, И.Ю. Мажайская // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. / под ред. Ю.А. Мажайского. – Рязань, 2004. – С. 506-514. Артамонова, В.С. Микробиологические особенности антропогенно преобразованных почв Западной Сибири / В.С. Артамонова. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2002. – 225 с. Барановская, Н.В. Закономерности накопления и распределения химических элементов в организмах природных и природно-антропогенных экосистем: 106 автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.02.08 / Барановская Наталья Владимировна. – Томск, 2011. – 47 с. Безуглов, В.Г. Минеральные удобрения и свойства почвы / В.Г. Безуглов, Г.Д. Гогмачадзе // АгроЭкоИнфо. – 2009. – №2. – С.3. Белан, Б.Д. Формирование поля загрязнений воздушного бассейна промышленного центра и система оперативного контроля «Город» / Б.Д. Белан // О создании единой региональной системы мониторинга окружающей природной среды и здоровья населения Сибири: тез. докл. науч.-практ. конф. – Новосибирск, 1996. – С. 43-44. Белицина, Г.В. Изменение некоторых почвенно-биологических параметров под влиянием промышленных выбросов / Г.В. Белицина, И.Н. Скворцова, Н.Я. Дронова // Микроорганизмы как компонент биогеоценозов. – Алма-Ата: Изд-во Казах. ун-та, 1982. – С. 37-38. Беспалова, А.Ю. Влияние микроскопических грибов на подвижность тяжелых металлов в почве при аэротехногенном загрязнении: дисс… канд. биол. наук: 03.00.07, 03.00.27 / Беспалова Анна Юрьевна. – М.: МГУ, 2003 – 198 с. Бокова, Т.И. Детоксикация тяжёлых металлов в системе почва – растение – животное / Т.И. Бокова // Пища, экология, качество: тр. III Междунар. науч.практ. конф. / РАСХН. СибНИПТИП. – Новосибирск, 2003. – С. 52-55. Большаков, В.А. Нормирование загрязняющих веществ в почве / В.А. Большаков, Т.И. Борисочкина, Н.М. Краснова // Химизация сельского хозяйства. – 1991. – № 9. – С. 10-14. Брукс, Р.Р. Загрязнение микроэлементами: химия окружающей среды / Р.Р. Брукс. – М.: Химия, 1982. – С. 371-413. Бускунова, Г.Г. Экологические и биохимические особенности Achillea Nobilis L. в условиях степной зоны Южного Урала: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.16 / Бускунова Гульсина Гильмановна. – Уфа, 2009. – 23 с. Варламова, Л.Д. Влияние доз ОСВ на показатели почвы при удобрении зерновых культур / Л.Д. Варламова, В.И. Агрохимический вестник. – 2009. – № 4. – С. 19-21. Титова, М.Н. Грибова // 107 Васенев, И.И. Агроэкологическая оценка характерных для Калужской области старопахотных лёгких дерново-подзолистых почв после неоднократного применения свежих и обезвоженных осадков сточных вод / И.И. Васенев, Н.К. Сюняев, Б. Бадарч // Достижения науки и техники АПК. – 2012. – № 10. – С. 1216. Виноградов, А.П. Геохимия редких и рассеянных элементов в почвах / А.П. Виноградов. – М.: Изд-во АН СССР, 1957. – С. 237-238. Виноградов, микроэлементов А.П. Основные между растениями закономерности и средой / в А.П. распределении Виноградов // Микроэлементы в жизни растений и животных. – М.: Изд-во АН СССР, 1952. – С. 7-20. Виноградский, С.Н. Микробиология почвы / С.Н. Виноградский. – М., 1952. – С. 789. Волошин, Е.И. Влияние кадмия и свинца на транслокацию их в почве, растениях, урожай и качество поздней капусты и однолетних трав / Е.И. Волошин // Загрязнение почв и растений фтором и тяжёлыми металлами: сб. ст. – Красноярск: Гос. Центр агрохимслужбы, 1996. – С. 32-39. Волошин, Е.И. Микроэлементы в почвах и растениях южной части Средней Сибири: автореф. д-ра … с.-х. наук: 06.01.04, 03.00.16 / Волошин Евгений Иванович. – Новосибирск, 2004. – 33 с. Галиулин, Р.В. Фитоэкстракция меди и никеля из загрязнённого выщелоченного чернозёма / Р.В. Галиулин, Р.А. Галиулина, В.М. Возняк // Агрохимия. – 2004. – №12. – С. 36-44. Гамзиков, Г.П. Агрохимия азота в агроценозах / Г.П. Гамзиков; Рос. акад. с.-х. наук. Сиб. отд-ние. Новосиб. гос. аграр. ун-т. – Новосибирск, 2013. – 790 с. Гармаш, Г.А. Накопление тяжёлых металлов в почвах и растениях вокруг металлургических предприятий: автореф. дис. … канд. биол. наук / Г.А. Гармаш. – Новосибирск, 1985. – 16 с. Гармаш, Г.А. Распределение тяжёлых металлов по органам культурных растений / Г.А. Гармаш, Н.Ю. Гармаш // Агрохимия. – 1987. – № 5. – С. 40-47. 108 Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов. СанПиН 2.3.2.1078-01. – Новосибирск: Изд. центр фонда «Кедр Сибири», 2002. – 210 с. Гомонова, Н.Ф. Влияние длительного применения агрохимических средств на дерново-подзолистых почвах на трансформацию тяжёлых металлов в системе почва – растение / Н.Ф. Гомонова // Тяжёлые металлы и радионуклиды в агроэкосистемах. – М.: Агроэколас, 1994. – С. 180-186. ГОСТ 17.4.1.02-83. Охрана природы. Почвы. Классификация химических веществ для контроля загрязнения. – М.: Стандартинформ, 2008. – 4 с. ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО. – М.: Изд-во стандартов, 1995. – 6 с. ГОСТ 26929-94. Сырье и продукты пищевые. Подготовка проб. Минерализация для определения содержания токсичных элементов. – М.: Стандартинформ, 2010. – 12 с. ГОСТ 30178-96. Сырье и продукты пищевые. Атомно-абсорбционный метод определения токсичных элементов. – М.: Стандартинформ, 2010. – 11 с. ГОСТ 30692-2000. Корма, комбикорма, комбикормовое сырьё. Атомно- абсорбционный метод определения меди, свинца, цинка и кадмия. – Минск: Издво стандартов, 2001. – 11 с. ГОСТ 2081-2010. Карбамид. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2010. – 24 с. ГОСТ 2-2013. Селитра аммиачная. Технические условия. – М.: Стандартинформ, 2013. – 28 с. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы: утв. Постановлением Правительства РФ от 14 июля 2012 г. N 717. – Режим доступа: http//.consultant.ru. Громов, Б.В. Экология бактерий / Б.В. Громов, Г.В. Павленко. – Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1989. – 246 с. 109 Груздева, Л.П. Применение биоиндикации для выявления техногенного загрязнения агроландшафтов / Л.П. Груздева // Землеустройство, кадастр и мониторинг земель. – 2010. – №3. – С.13-16. Гузев, В.С. Строение инициированного микробного сообщества как интегральный метод оценки микробного состояния почв / В.С. Гузев, Н.Т. Бондаренко, Б.А. Бызов // Микробиология. – 1980. – Т. 49, № 1. – С. 134-140. Гузев, B.C. Перспективы эколого-микробиологической экспертизы состояния почв при антропогенных воздействиях / В.С. Гузев, С.В. Левин // Почвоведение. – 1991. – № 9. – С. 50-62. Дабахов, М.В. Рекультивация почвенного покрова рекреационных зон города, загрязнённых тяжёлыми металлами / М.В. Дабахов, Н.А. Смирнова, В.Н. Титова // Агрохимический вестник. – 2005. – № 3. – С. 30-32. Добровольский, Г.В. Охрана почв: учеб. / Г.В. Добровольский, Л.А. Гришина. – М.: Изд-во Моск. гос. ун-та, 1985. – 224 с. Добровольский, Г.В. Экология почв. Учение об экологических функциях почв / Г.В. Добровольский. – М.: МГУ, 2006. – 368 с. Доклад о состоянии и использовании земель сельскохозяйственного назначения. – М.: Росинформагротех, 2011. – 148 с. Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта / Б.А. Доспехов. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с. Духанин, Ю.А. Агрохимия, биология и экология песчаных и супесчаных дерново-подзолистых почв / Ю.А Духанин. – М.: Росинформагротех, 2003. – 240 с. Духанин, Ю.А. Факторы окультуривания песчаных и супесчаных дерновоподзолистых почв и их эколого-агрохимическая оценка: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук / Ю.А. Духанин. – М., 2007. – 32с. Евдокимова, Г.А. Эколого-микробиологические основы охраны почв Крайнего Севера / Г.А. Евдокимова. – Апатиты: Карел. науч. центр РАН, 1995. – 272 с. 110 Егоров, В.С. Влияние удобрений на динамику содержания свинца в системе почва-растение на дерново-подзолистых почвах / В.С. Егоров, Д.Д. Госсе // Проблемы агрохимии и экологии. – 2008. – №4. – С. 34-38. Ермохин, Ю.И. Познай свой дом и помоги природе и себе / Ю.И. Ермохин, Э.П. Гужулев, А.Е. Сницарь. – Омск: Омский дом печати, 1998. – 264 с. Ефимов, В.Н. Влияние длительного применения удобрений на содержание тяжёлых металлов в дерново-подзолистой глинистой почве / В.Н. Ефимов, Т.Н. Сергеева, Е.В. Величко // Агрохимия. – 2001. – № 10. – С. 68-72. Закруткин, В.Е. Распределение меди и цинка в почвах и сельхозкультурах Ростовской области / В.Е. Закруткин, Д.Ю. Шишкина // Тяжёлые металлы в окружающей среде. – Пущино, 1996. – С.50. Зырянова, У.П. Влияние экологических факторов на содержание тяжёлых металлов и Cs-137 в микобиоте лесных экосистем: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.00.16 / Зырянова Ульяна Петровна. – Ульяновск, 2007. – 28 с. Игонов, И.И. Динамика содержания тяжёлых металлов в процессе длительного использования пашни / И.И. Игонов, И.Ф. Каргин // Агрохимический вестник. – 2012. – № 4. – С. 31-33. Ильин, В.Б. Биогеохимия и агрохимия микроэлементов (Mn, Cu, Mo, B) в южной части Западной Сибири / В.Б. Ильин. В.Б Новосибирск: Наука. Сиб. отдние, 1973. – 392 с. Ильин, В.Б. Элементный химический состав растений и один из возможных аспектов его практического использования / В.Б. Ильин // Изв. Сиб. отд-ния АН СССР. Сер. Биол. Наук.– 1975. – Вып. 2, №10. – С. 70-76. Ильин, В.Б. Элементный химический состав растений / В.Б. Ильин; отв. ред. А.А. Титлянова. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1985. – 129 с. Ильин, В.Б. Микроэлементы и тяжёлые металлы в почвах и растениях Новосибирской области / В.Б. Ильин, А.И. Сысо. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2001. – 229 с. 111 Ильин, Д.Ю. Влияние селена на рост и развитие микромицетов – продуцентов биологически активных веществ: автореф. дис. ... канд. биол. наук / Д.Ю. Ильин. – М.: МГУ, 2001. – 22 с. Ильинский, А.В. Оценка токсичности тяжёлых металлов на ранней стадии онтогенеза овса / А.В. Ильинский, Р.И. Матюхин // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. / под ред. Ю.А. Мажайского. – Рязань, 2004. – С. 451454. Имшенецкий, А.А. Микробиология целлюлозы / А.А. Имшенецкий. – М., 1953. – С. 438. Кабата-Пендиас, А. Микроэлементы в почвах и растениях: пер. с англ. / А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас. – М.: Мир, 1989. – 439 с. Казеев, К.Ш. Биологическая диагностика и индикация почв: методология и методы исследований / К.Ш. Казеев, С.И. Колесников, В.Ф. Вальков. – Ростов-наДону: Изд-во РГУ, 2003. – 216 с. Казюта, Н.Р. Загрязнение тяжёлыми металлами разнотравья сельскохозяйственных культур вдоль автотрасс / Н.Р. Казюта // Тяжёлые металлы в окружающей среде и охрана природы: материалы Всесоюз. конф. – М., 1988. – С. 41-43. Кайгородов, Р.В. Накопление цинка и меди у злаков в условиях повышенного поступления микроэлементов в агроэкосистемы Нижней Саксонии (Германия) / Р.В. Кайгородов // Фундаментальные исследования. – 2005. – №2; URL: www.rae.ru/fs/?section=content&op=show_article&article_id=4723 (дата обращения: 29.10.2013). Калоус, В. Биофизическая химия / В. Калоус, З. Павличек. – М.: Мир, 1985. – 446 с. Калуцков, В.Н. Зональная концепция ведения сельского хозяйства в условиях промышленного загрязнения / В.Н. Калуцков // Бюл. Почв. ин-та им. В.В. Докучаева. – 1989. – Вып. 49. – С. 6-9. 112 Кальницкий, Б.Д. Минеральные вещества в кормлении животных / Б.Д. Кальницкий. – Л.: Агропромиздат, 1985. – 207 с. Карпова, Е.А. Длительное применение удобрений и тяжёлые металлы в агроэкосистемах / Е.А. Карпова // Проблемы агрохимии и экологии. – 2008. – №2. – С. 19-22. Касатиков, В.А. Использование осадка сточных вод и компостов из твёрдых бытовых отходов / В.А. Касатиков // Химизация сельского хозяйства. – 1989. – № 11. – С. 39-41. Касатиков, В.А. Агроэкологические основы применения осадков сточных вод на удобрение: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук / В.А. Касатиков. – М., 1990. – 60 с. Касатиков, В.А. Влияние мелиорантов и осадков городских сточных вод на миграцию тяжёлых металлов в дерново-подзолистой супесчаной почве / В.А. Касатиков, А.И. Еськов, В.А. Черников и др. // Изв. ТСХА. – 2003. – Вып. 1. – С. 33-40. Касатиков, В.А. Последействие внесения ОСВ и известкования на содержание подвижных форм тяжёлых металлов в пахотном слое почвы и их транслокацию в растительную продукцию / В.А. Касатиков, М.С. Чемерис, И.М. Яшин, А.А. Пескарёв // Плодородие. – 2013. – № 5. – С. 45-47. Кирюшин, В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика / В.И. Кирюшин. – М.: Изд-во МСХА, 2000. С. 473. Кирюшин, В.И. Проблема экологизации земледелия в России (Белгородская модель) / В.И. Кирюшин // Достижения науки и техники АПК. – 2012. – № 12. – С. 3-9. Ковда, В.А. Микроэлементы в почвах Советского Союза / В.А. Ковда, И.В. Якушевская, А.Н. Тюрюканова. – М.: Наука, 1959. Ковда, В.А. Основы учения о почвах: кн.2 / В.А. Ковда. – М.: Наука, 1973. – 468 с. Ковда, В.А. Геохимия почвенного покрова / В.А. Ковда. – М.: Наука, 1985. С. 207. 113 Кошелев, С.Н. Экотоксиканты в растительных и пищевых цепях СевероЗапада Урала: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.00.16 / Кошелев Сергей Николаевич. – Екатеринбург, 2007. – 41 с. Красницкий, В.М. Оценка и прогнозирование техногенного загрязнения почв / В.М. Красницкий // Вестник ОмГАУ. – 1999. – № 2. – С. 31-35. Красницкий, В.М. Агроэкотоксикологическая оценка сельскохозяйственных агроценозов: монография / В.М. Красницкий. – Омск: Изд-во ОмГАУ, 2001. – 68 с. Кузнецова, Л.М. Влияние кадмия и свинца на урожай и качество пшеницы / Л.М. Кузнецова, Е.Б. Зубарева // Загрязнение почв и растений фтором и тяжёлыми металлами: сб. ст. – Красноярск: Гос. центр агрохимслужбы, 1996. – С. 28-32. Куликова, А.Х. Последействие осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрения / А.Х. Куликова, Н.Г. Захаров, С.В. Шайкин // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях антропогенного загрязнения: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / ГСХА. – Ульяновск, 2004. – С. 198-204. Куприянов, А.Н. Восстановление экосистем на отвалах горнодобывающей промышленности Кузбасса / А.Н. Куприянов, Ю.А. Манаков, Л.П. Баранник. – Новосибирск: Аккад. изд-во «Гео», 2010. – 160 с. Кутукова, Ю.Д. Влияние мелиорантов на состояние тяжёлых металлов в почвах и содержание их в растениях при использовании осадков сточных вод в качестве удобрения / Ю.Д. Кутукова, О.И. Плеханова // Агрохимия. – 2002. – № 12. – С. 68-74. Ларионов, Г.А. Мероприятия, направленные на снижение миграции тяжёлых металлов в продукцию растениеводства в условиях техногенного загрязнения / Г.А. Ларионов, Н.А. Кириллов, М.А. Ершов // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях антропогенного загрязнения: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / ГСХА. – Ульяновск, 2004. – С. 55-61. Лархер, В. Экология растений / В. Лархер. – М.: Наука, 1978. – 384 с. 114 Лебедева, Л.А. Экологические функции агрохимических фонов на загрязнённых почвах / Л.А. Лебедева, Ю.Б. Соловьёва // Агрохимический вестник. – 2001. – № 2. – С. 18-19. Лебедовский, И.А. Оценка содержания тяжёлых металлов в чернозёме выщелоченном при длительном применении удобрений / И.А. Лебедовский // Агрохимический вестник. – 2010. – № 6. – С. 13-16. Литвинов, В.Ф. Динамика накопления тяжелых металлов в почве города Великий Новгород / В.Ф. Литвинов, Т.Н. Филиппова, О.И. Патрушева и др. // Миграция тяжелых металлов и радионуклидов в звене: почва – растение (корм, рацион) – животное – продукт животноводства – человек: материалы второго Междунар. симпозиума, 28-30 марта 2000 г. – Великий Новгород: НовГУ, 2000. – 273с. Лукин, С.В. Эколого-агрохимические основы адаптивных систем земледелия для эрозионно-опасных и загрязнённых тяжёлыми металлами агроландшафтов в ЦЧР России: автореф. д-ра … с.-х. наук: 06.01.04, 06.01.15 / Лукин Сергей Викторович. – М., 1999. – 45 с. Мажайский, Ю.А. Влияние тяжёлых металлов на кормовую ценность сельскохозяйственных культур / Ю.А. Мажайский, Т.М. Гусева // Экологическое состояние природной среды и научно-практические аспекты современных мелиоративных технологий: сб. науч. тр. / под ред. Ю.А. Мажайского. – Рязань. – 2004. – С. 306-308. Майстренко, В.Н. Эколого-аналитический мониторинг суперэкотоксикантов / В.Н. Майстренко, Р.З. Хамитов, Г.К. Будников. – М.: Химия, 1996. – 316 с. Макарикова, Р.П. Изменение содержания кислоторастворимой формы элементов в агродерново-подзолистой почве при внесении удобрений в длительном полевом опыте с севооборотом / Р.П. Макарикова, Н.Б. Наумова, О.А. Савенков, Ю.Н. Анкудович, О.Д. Вервайн // Проблемы агрохимии и экологии. – 2013. – №1. – С. 16-21. 115 Макаров, А.О. Оценка загрязнённости почв на территории железнодорожных объектов Москвы / А.О. Макаров // Агрохимический вестник. – 2013. – № 2. – С. 29-32. Мальгин, М.А. Некоторые итоги и перспективы биогеохимических исследований на Алтае / М.А. Мальгин // Сиб. экол. журн. – 2003. – Т. 10, № 2. – С. 129-134. Марфенина, О.В. Микробиологические аспекты охраны почв / О.В. Марфенина. – М.: Изд-во МГУ, 1991. – 118с. Марфенина, О.Е. Особенности циклов развития микроскопических грибов в почвах / О.Е. Марфенина, Л.В. Попова, Д.Г. Звягинцев // Почвоведение. –1991. – №8. С.80-87. Марфенина, О.Е. Антропогенные изменения комплексов микроскопических грибов в почвах: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 03.00.27 / Марфенина Ольга Евгеньевна. – М., 1999. – 49 с. Марфенина, О.Е. Антропогенная экология почвенных грибов / О.Е. Марфенина. – М.: Медицина для всех, 2005. – 196 с. Медведев, С.С. Физиология растений: учебник / С.С. Медведев. – СПб.: БХВ-Петербург, 2013. – 512 с. Методические указания по проведению локального мониторинга на реперных участках. – М.: ЦИНАО, 1991. – 16 с. Методические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства. – 2-е изд. / Мин. сел. хоз-ва РФ. ЦИНАО. – М., 1992. – 61 с. Методические указания по оценке качества и питательности кормов. – М.: ЦИНАО, 2002. – 76 с. Методические указания по проведению локального мониторинга на реперных и контрольных участках. – М.: Росинформагротех, 2006. – 76 с. Минеев, В.Г. Экологические проблемы агрохимии: учеб. пособие / В.Г. Минеев. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1988. – 285 с. 116 Минеев, В.Г. Агрохимия, биология и экология почвы / В.Г. Минеев, Е.Х. Ремпе. – М: Росагропромиздат, 1990. – 206 с. Минеев, В.Г. Накопление тяжёлых металлов в почве и поступление их в растения в длительном агрохимическом опыте / В.Г. Минеев, Н.Ф. Гомонова // Докл. Рос. акад. наук. Экология. – 1993. – №6. – С. 20-22. Мур, Дж.В. Тяжёлые металлы в природных водах/ Дж.В. Мур, С. Рамамурти . – М.: Мир, 1987. – 285 с. Назарюк, В.М. Эколого-агрохимические и генетические проблемы регулируемых агроэкосистем / В.М. Назарюк. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2004. – 240 с. Назарюк, В.М. Почвенно-экологические основы оптимизации питания растений / В.М. Назарюк; отв. ред. Л.Л. Убугунов. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. – 364 с. Наплёкова, Н.Н. Аэробное разложение целлюлозы микроорганизмами в почвах Западной Сибири / Н.Н. Наплёкова. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1974. – С. 250. Наплёкова, Н.Н. Эффективность использования осадка сточных вод и микробных препаратов под культуру пшеницы / Н.Н. Наплёкова // Агроэкологические проблемы сельскохозяйственного производства в условиях антропогенного загрязнения: материалы Всерос. науч.-практ. конф. / ГСХА. – Ульяновск, 2004. – С. 210-213. Наплёкова, Н.Н. Экологические аспекты действия соединений свинца и кадмия на целлюлозоразрушающие микроорганизмы почв / Н.Н. Наплёкова // Вестник НГАУ. – 2010. – № 1(13). – С. 5-7. Наплёкова, Н.Н. Ферментативная активность почв, загрязнённых соединениями свинца / Н.Н. Наплёкова, Г.И. Булавко // Почвоведение. – 1983. – №7. – С. 35-40. Наплёкова, Н.Н. Биоиндикация загрязнения почв свинцом и кадмием по микробным ценозам / Н.Н. Наплёкова, М.Д. Степанова. – Новосибирск: АГРО, 2000. – С. 124. 117 Никитишен, В.И. Факторы среды, определяющие доступность растениям остаточного азота удобрения / В.И. Никитишен, В.И. Личко, А.А. Амелин // Агрохимия. – 2002. – №1. – С. 22-30. Никитишен, В.И. Эколого-агрохимические основы сбалансированного применения удобрений в адаптивном земледелии / В.И. Никитишен. Отв. ред. В.Г. Минеев. – М.: Наука, 2003. – 183 с. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных: Справочное пособие: Ч 1. Крупный рогатый скот / под ред.А.П. Калашникова, Н.И.Клейменова, В.В. Щеглова. – М: Знание, 1995. – 400 с. Носко, Б.С. Экологические последствия применения высоких доз минеральных удобрений на чернозёме типичном / Б.С. Носко, Е.Ю. Гладких // Проблемы агрохимии и экологии. – 2013. – №2. – С. 32-37. Овчаренко, М.М. Тяжёлые металлы в системе почва – растение – удобрение: автореф. дис. … д-ра с.-х. наук: 06.01.04 / Овчаренко Михаил Михайлович. – М., 2000. – 56 с. Оглуздин, А.С. Сапропель как мелиорант почв, загрязнённых тяжёлыми металлами / А.С. Оглуздин и [др.] // Химия в сельском хозяйстве. – 1996 – № 4. – С. 5-7. Определение содержания токсичных элементов в пищевых продуктах и продовольственном сырье. Методика автоклавной пробоподготовки: метод. указания. МУК 4.1.985-00 / Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России. – М., 2000. – 19 с. Ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы / Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. – М., 2009. – 10 с. О состоянии и об охране окружающей среды Российской Федерации в 2012 году. – [Электронный ресурс]: Государственный доклад. – 2013. – Режим доступа:http//www.mnr.gov.ru/ load/iblock/cef/gosdoklad%20za%202012%20god.pdf. О состоянии и об охране окружающей среды Новосибирской области в 2013 году: Государственный доклад. – Новосибирск, 2014. – 224 с. 118 Отчёт научно-производственной деятельности Федерального государственного бюджетного учреждения «Центр агрохимической службы «Новосибирский» за 2012 год: рукопись. ФГБУ «ЦАС «Новосибирский». – Новосибирск, 2013. – 49 с. Покровская, С.Ф. Использование осадков городских сточных вод в сельском хозяйстве / С.Ф. Покровская, В.А. Касатиков. – М.: ВНИИТЭИАгропром, 1987. – 60 с. Понизовский, А.А. Механизм поглощения свинца (II) почвами / А.А. Понизовский, Е.В. Мироненко // Почвоведение. – 2001. – №4. – С. 418-429. Почвы Новосибирской области. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1966. – 422 с. Почвы СССР: справочник-определитель географа и путешественника / Т.В. Афанасьева, В.И. Василенко, Т.В. Терешина, Б.В. Шеремет; отв. ред. Г.В. Добровольский. – М.: Мысль, 1979. – 380 с. Предельно допустимые концентрации тяжёлых металлов и мышьяка в продовольственном сырье и пищевых продуктах: утв. главным государственным санитарным врачом СССР. – № 4089. – 1986. – 7 с. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве: гигиенические нормативы / Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора. – М., 2006. – 15 с. Природные ресурсы Новосибирской области / С.Г. Бейром, И.П. Васильев, И.М. Гаджиев [и др.]. – Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1986. – 215 с. Просянникова, О.И. Качество и безопасность зерна ярового ячменя в Кемеровской области / О.И. Просянникова, Т.П. Клевлина, Т.В. Сладкова // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2010. – № 9 (71). – С. 34-37. Просянников, В.И. Распределение и динамика цинка в почвах степной части Кузнецкой котловины / В.И. Просянников, Т.В. Сладкова, О.И. Просянникова // Проблемы агрохимии и экологии. – 2013. – №2. – С. 32-37. 119 Пятакова, Л.П. Изменение биологической активности почвы в зависимости от содержания тяжёлых металлов и увлажнения удобрений / Л.П. Пятакова // Агрохимический вестник. – 2008. – № 4. – С. 37-39. Рэуце, К. Борьба с загрязнением почвы / К. Рэуце, С. Кырстя. – М.: Агропромиздат, 1986. – 209 с. Ряполов, А.В. Транслокация тяжёлых металлов в почве и растениеводческой продукции / А.В. Ряполов // Анализ почв, растений и применение удобрений в Западной Сибири. – Омск: ОмГАУ, 2002. – С. 309-314. Савич, В.И. Использование биологических тестов при оценке загрязнения почв и сельскохозяйственной продукции свинцом / В.И. Савич, А.М. Куликов, А.А. Ванькова [и др.] // Изв. ТСХА. – 2003. – Вып. 1. – С. 18-32. Савич, В.И. Интегральная оценка плодородия почв / В.И. Савич, Д.С. Булгаков [и др.]. – М.: РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева, 2010. – 347 с. Сает, Ю.Е. Геохимия окружающей среды / Ю.Е. Сает, Б.А. Раевич, Е.П. Янин [и др.]. – М., 1990. – 335 с. Семендяева, Н.В. Региональные особенности почв Новосибирской области и их сельскохозяйственное использование: учеб. пособие / Н.В. Семендяева, Л.П. Галеева, А.Н. Мармулев. – Новосибирск: Новосиб. гос. аграр. ун-т, 2003. – 129 с. Середа, Н.Л. Качество растениеводческой продукции в зависимости от систем удобрений / Н.Л. Середа // Эффективные приёмы воспроизводства плодородия почв, совершенствование технологий возделывания, создание и внедрение новых сортов сельскохозяйственных культур. – Уфа: Башкир. НИИСХ, 1995. – С. 111-116. Сидорова, И.И. Влияние различных агротехнологий на валовое содержание тяжёлых металлов в пахотном слое чернозёма выщелоченного / И.И. Сидорова, О.А. Прядко, С.В. Есипенко // Научный журнал КубГАУ. – 2007. – №27 (3). – С. 24-32. Синдирёва, А.В. Влияние микроэлементов (Cd, Ni, Zn, Cu, Pb) на химический состав растений в условиях южной лесостепи Омской области / 120 А.В. Синдирёва // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2011. – № 9 (83). – С. 35-39. Синявский, В.А. Тяжёлые металлы в почвах и сельскохозяйственной продукции / В.А. Синявский, Д.Е. Борисков // Экологическое состояние почв и растений Западной Сибири и проблемы их качества: сб. науч. тр. – Омск: ОмГАУ, 1997. – С. 14-19. Скворцова, И.Н. Зависимость некоторых показателей биологической активности почв от уровня концентрации тяжёлых металлов / И.Н. Скворцова, С.К. Ли, И.П. Воротейкина // Тяжёлые металлы в окружающей среде. – М.: МГУ, 1980. – С. 121-125. Смоляков, А.В. Влияние пробиотического препарата на аккумуляцию тяжёлых металлов в организме птицы / А.В. Смоляков, Т.И. Бокова, К.Я. Мотовилов // Пища, экология, качество: тр. III Междунар. науч.-практ. конф. / РАСХН, СибНИПТИП. – Новосибирск, 2003. – С. 59-62. Сокаева, Р.М. Проблема экологического нормирования биогеоценозов / Р.М. Сокаева, К.Е. Сокаев // Агрохимический вестник. – 2009. – № 4. – С. 6-8. Соколов, О.А. Атлас распределения тяжёлых металлов в объектах окружающей среды / О.А. Соколов, В.А. Черников, С.В. Лукин. – 2-е изд., доп. – Белгород: КОНСТАНТА, 2008. – 188 с. Соловьёва, Ю.Б. Влияние агрохимических фонов на поступление свинца в растения / Ю.Б. Соловьёва // Агрохимический вестник. – 2001. – № 5. – С. 17-18. Соловьёва, Ю.Б. Влияние разных систем удобрений на защитные физиологические функции растений на дерново-подзолистой почве, загрязнённой тяжёлыми металлами: автореф. дис. … канд. биол. наук / Ю.Б. Соловьёва. – М.: Изд-во МГУ, 2002. – 24 с. Сорокин, О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. – Новосибирск: ГУП РПО СО РАСХН, 2004. – 162 с. Спринчак, Д.В. Детоксикация тяжёлых металлов (свинца и кадмия) в системе почва – растение – животное. – [Электрон. ресурс]: дис. … канд. биол. 121 наук: 03.00.16 / Спринчак Дмитрий Викторович. – Новосибирск, 2004. – 119 с. – М.: РГБ, 2005. – Режим доступа: http//diss.rsl.ru/diss/05/0707/0050707031.pdf. Сысо, А.И. Закономерности распределения химических элементов в почвообразующих породах и почвах Западной Сибири / А.И. Сысо; отв. ред. И.М. Гаджиев. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. – 277 с. Татаринов, В.В. Миграция свинца в системе пылевые выбросы – почва – растение / В.В. Татаринов. – М., 1998. – 120 с. Титова, В.И. Экотоксикология тяжелых металлов: Учебное пособие / В.И. Титова, М.В. Дабахов, Е.В. Дабахова. – Н.Новгород: НГСХА, 2002. – 135 с. Титова, В.И. Значение и нормативно-методическое обеспечение этапа пробоотбора почв в почвенно-экологических исследованиях / В.И. Титова, Е.В. Дабахова, М.В. Дабахов, А.А. Ветчинников // Проблемы агрохимии и экологии. – 2013. – №1. – С. 53-55. Тяжёлые металлы в системе почва – растение – удобрение / под ред. М.М. Овчаренко. – М., 1997. – 290 с. Убугунов, В.Л. Тяжёлые металлы в садово-огородных почвах и растениях г. Улан-Удэ / В.Л. Убугунов, В.К. Кашин. – Улан-Удэ: Изд-во БНЦ СО РАН, 2004. – 128 с. Фатыхов, И.Ш. Элементный состав зерна овса сорта Конкур, выращенного в условиях среднего Предуралья / И.Ш. Фатыхов, Ч.М. Исламова, Т.Н. Рябова // Агрохимический вестник. – 2013. – № 5. – С 24-25. Фещенко, В.П. Содержание свинца в почвах реперных участков на территории Новосибирской области / В.П. Фещенко // Вестник НГАУ. – 2012а. – №3. – С. 36-39. Фещенко, В.П. Содержание кадмия в почвах реперных участков на территории Новосибирской области / В.П. Фещенко // Плодоводство и ягодоводство России: сб. науч. работ / ВСТИСП Россельхозакадемии. – М., 2013а. – Т.XXXVI, ч 2. – С. 295-300. Фещенко, В.П. Содержание меди в почвах Новосибирской области / В.П. Фещенко // Плодородие. – 2013б. – №5. – С. 40-41. 122 Фещенко, В.П. Экологическая оценка загрязнения тяжёлыми металлами сельскохозяйственных культур лесостепи Новосибирского Приобья / В.П. Фещенко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2014а. – №1 (111). – С. 39-41. Фещенко, В.П. Экологическое состояние зерновых культур Новосибирской области по содержанию тяжёлых металлов [Электронный ресурс] / В.П. Фещенко // Современные проблемы науки и образования. – 2014б. – № 5; URL: www.science-education.ru/119-15088 (дата обращения: 27.10.2014). Фещенко, В.П. Содержание тяжёлых металлов в кормовых культурах Новосибирской области / В.П. Фещенко // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. – 2014в. – №10 (120). – С. 33-36. Фещенко, В.П. сельскохозяйственными Особенности культурами, накопления выращенными в тяжёлых металлов разных природно- геоморфологических районах Новосибирской области [Электронный ресурс] / В.П. Фещенко // Современные проблемы загрязнения окружающей среды. – 2014г. URL: http://econf.rae.ru/article/8680 (дата обращения: 28.10.2014). Физиология растений: учеб. для студентов вузов / Н.Д. Алёхина, Ю.В. Балнокин, В.Ф. Гавриленко [и др.]; под ред. И.П. Ермакова. – М.: Академия, 2005. – 640 с. Химия тяжёлых металлов, мышьяка и молибдена в почвах / под ред. Н.Г. Зырина, Л.К. Садовниковой. – М.: МГУ, 1985. – 204 с. Хмелёв, В.А. Земельные ресурсы Новосибирской области и пути их рационального использования / В.А. Хмелёв, А.А. Танасиенко. – Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2009. – 349 с. Церлинг, В.В. Диагностика питания сельскохозяйственных культур: справочник / В.В. Церлинг. – М.: Агропромиздат, 1990. – 235 с. Цинк и кадмий в окружающей среде. – М.: Наука, 1992. – 200 с. Чемерис, М.С. Экологические особенности использования осадков сточных вод в сельскохозяйственном производстве / М.С. Чемерис, Н.А. Кусакина // 123 Проблемы экологии агроэкосистем: пути и методы их решения: сб. науч. ст. НГАУ. СибНИИЗХим. – Новосибирск, 2009. – С. 140-143. Черногоров, А.Л. Агроэкологическая оценка земель и оптимизация землепользования / А.Л. Черногоров, П.А. Чекмарёв, И.И. Васенев, Г.Д. Гогмачадзе. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2012. – 268 с. Черных, Н.А. Закономерности поведения тяжёлых металлов в системе почва – растение при различной антропогенной нагрузке: автореф. дис. … д-ра биол. наук: 06.01.04 / Черных Наталья Анатольевна. – М., 1995. – 39 с. Черных, Н.А. Экотоксикологические аспекты загрязнения почв тяжёлыми металлами / Н.А. Черных, Н.З. Милащенко, В.Ф. Ладонин. – М.: Агроконсалт, 1999. – 176 с. Шафронов, О.Д. Эколого-агрохимическая оценка плодородия дерновоподзолистых почв Волго-Вятского региона при их длительном сельскохозяйственном использовании: автореф. д-ра … с.-х. наук: 06.01.04, 03.00.16 / Шафронов Олег Дмитриевич. – Казань, 2005. – 40 с. Шильников, И.А. Проблема снижения подвижности тяжёлых металлов при известковании / И.А. Шильников, Н.И. Аканова // Химия в сельском хозяйстве. – 1995. – №4. – С. 29-32. Школьник, М.Я. Микроэлементы в жизни растений / М.Я. Школьник. – Л.: Наука. Ленингр. отд-ние, 1974. – 324 с. Ягодин, Б.А. Накопление кадмия и свинца некоторыми сельскохозяйственными культурами на дерново-подзолистых почвах разной степени окультуренности / Б.А. Ягодин, В.В. Говорина, С.Б. Виноградова [и др.] // Изв. ТСХА. – 1995. – Вып. 2. – С. 85-98. Якимова, Т.С. Химический состав осадков городских сточных вод и их влияние на плодородие светло-серой лесной почвы / Т.С. Якимова, Л.Н. Михайлов // Агрохимический вестник. – 2012. – № 5. – С. 46-48. Baath, E. Effects of heavy metals in soil on microbial processes and populations: a review / E, Baath // Water, Air and Soil Pollution. – 1989. – P. 335-379. 124 Bowen, H.J.M. Environmetal Chemistry of the Elements / H.J.M. Bowen // Academic Press. – New York, 1979. – P. 333. Browman, M.G. Reduction of radiostroncium mobility in asid soils by carbonate treatment / M.G. Browman, B.P. Spalding // J. Environ. Anal. – 1984. – Vol. 13. № 1. – P. 166-172. Bruggemann, J. Einilub des Schalvorgans auf den Schwermetallgehalt von Kartoffelerzeugnissen / J. Bruggemann, H.D. Ocker, W.Bergthaffer // Landwirt Forsch.Sonderh. – 39. – 1983 Eikmann, Th. Nutzungs– und schutzgutbezogene Orientierungswerte für (Schad-) Stoff in Böden / Th. Eikmann, A. Kloke // VDLUFA – Mitteilungen. – 1991. – H. 1. – S. 19-26. Fezy, J.S. The effect of nickel on the growth of the freshwater diatom Navicula pelliculosa / J.S. Fezy, D.F Spencer, R.W/ Greene // Environ. Pollut., 1979. – Vol. 20, № 2. – P. 131-137. Foy, C.D. The physiology of metal toxicity in plant / C.D. Foy, R.L. Chaney, M.C. White // Arin. Rev. Phisiol. – 1978. – Vol. – P. 511. Gunnarsson, О. Heavy metals in fertilizers. Do they cause environ-metall and health problems / О. Gunnarsson // Fertilizers and Agriculture. –1983. – Vol. 37, № 35. – P. 27-42. Helman, R. et al. // Toxicol. Appl. Pharmacol. – 1983. – Vol. 67, № 2. – P. 238245. Hintze, B. Schwermetalluntersuchungungen in Böden und Pflanzen im Südosten Hamburg / B. Hintze, W. Lux // Landwirtschaftliche Forschung. – 1982. – S.-H. 39. – S. 457-470. Hoffmann, G. Zusammenhünge zwischen kritischen Schadstoffgehalten in Boden, in Futter-und Nährungspflanzen / G. Hoffmann // Landwirtschaftliche Forschung. – 1982. – S.-H. 39. – S. 130-153. Kloke, A. Richtwerte 80. Orientierungsdaten für tolerierbare einiger Elemente in Kulturboden / A. Kloke // VDLUFA – Mitteilungen. – 1980. – H. 1-3. – S. 9-11. 125 Kuster, E. Cadmium und Bodenmikroorganismen / E. Kuster, J. Grun // Angew. Bot. – 1984. – Bd. 58, № 1. – P. 31-38. Ledin, M. Microorganisms as metal sorbents: comparison with other soil constituens in multi-compartment systems / M. Ledin, C. Krantz-Rulker, B. Allard // Soil Biology and Biochemistry. – 1999. – 31. – P. 1639-1645. Loneragan, J.F. Phosphorus toxicity as a factor in zink-phosphorus interaction in plants / J.F. Loneragan, T.S. Grove, A. D. Robson, R. Snowboll // Soil Sci. Am. J. – 1979. – № 43. – P. 966. Mantovi, P. Accumulation of copper and zink from liquid manure in agricultural soils and crop plants / P. Mantovi, G. Bonazzi, E. Maestri, N. Marmiroli // Plant and Soil. – 2003. – Vol. 250 (2). – Р. 249-257. Smilde, K.W. Heavy-Metal Accumulation in Crops Grown of Sewage Sludge Amended with Metal Soils / K.W. Smilde // Plant and Soil. – 1981. – Vol. 62, № 1. – P. 3-14. Smith, P.F. Mineral analysis of plant tissues / P.F. Smith // Ann. Plant Phisiol. – 1962. – Vol.13. – P. 81-108. Thornton, I. Metal contamination of soils in U.K. urban gardens: implications health / I. Thornton // Contaminated Soil (I-st Intern. TNO Conf. Of Contaminated Soil, Utrecht, the Netherlands, 1985). – Dordrecht; Boston et al.: Martinus Nijhoff Publishers, 1986. – P. 203-208. Trepton, H. Die Schwermetallcontamination von Obst, Gemüse und Speisepilsen in ihrer Bedeutung für rie Ernährung / H. Trepton, D. List // Ernähr.Umschau.– 1983. – Bd. 30, № 9. – S. 301-303 Wallace, A. Excess trace metal effects on calcium distribution in plants / A. Wallace // Commun. Soil Sci. And Plant Anal. – 1979. – № 1-2. – P. 473-479. Wemmer, U. Zür Belastung von Kindern mit Schwermetallen / U. Wemmer // Sozialpädiatrie 12. Jg. – 1990. – S. 566-570. 126 ПРИЛОЖЕНИЯ Приложение А Статистические параметры валового содержания тяжёлых металлов в пахотном слое почв на реперных участках (2002-2005 гг.) Номер lim, ±s , участ- мг/кг мг/кг 2 3 V, % lim, ±s , мг/кг мг/кг 5 6 V, % ка 1 4 7 Кадмий 2002 г. 2003 г. 1 0,15-0,16 0,15±0,002 3,3 0,15-0,16 0,16±0,003 3,7 2 0,13-0,15 0,14±0,004 5,8 0,13-0,15 0,14±0,004 5,8 3 0,16-0,17 0,16±0,003 3,1 0,15-0,17 0,16±0,005 6,1 4 0,09-0,12 0,11±0,007 17,0 0,09-0,15 0,12±0,015 24,5 5 0,23-0,28 0,26±0,012 9,0 0,23-0,28 0,26±0,012 9,0 6 0,10-0,12 0,11±0,006 10,5 0,10-0,12 0,11±0,006 10,5 7 0,14-0,17 0,16±0,006 8,3 0,15-0,17 0,16±0,004 5,1 8 0,16-0,19 0,18±0,006 7,4 0,16-0,19 0,18±0,006 7,4 9 0,14-0,17 0,15±0,007 9,4 0,140,17 0,16±0,007 8,8 10 0,17-0,20 0,19±0,008 7,8 0,17-0,20 0,18±0,004 4,5 2004 г. 2005 г. 1 0,12-0,13 0,13±0,003 4,6 0,06-0,08 0,07±0,005 15,4 2 0,09-0,13 0,11±0,010 18,3 0,06-0,07 0,07±0,003 7,4 3 0,13-0,19 0,16±0,015 18,4 013-0,14 0,13±0,003 3,8 4 0,06-0,10 0,09±0,010 22,5 0,05-0,08 0,07±0,006 19,9 5 0,19-0,28 0,24±0,022 18,6 0,12-0,19 0,16±0,017 20,9 6 0,06-0,09 0,08±0,009 23,1 0,04-0,07 0,06±0,008 26,1 127 Продолжение приложения А 1 2 3 4 5 6 7 7 0,12-0,13 0,12±0,002 4,1 0,08-0,09 0,09±0,003 6,8 8 0,16-0,18 0,17±0,004 4,8 0,07-0,13 0,11±0,014 26,7 9 0,09-0,12 0,11±0,007 13,3 0,07-0,09 0,08±0,004 10,2 10 0,13-0,15 0,14±0,005 7,0 0,07-0,12 0,09±0,011 24,0 Свинец 2002 г. 2003 г. 1 10,1-10,4 10,3±0,09 1,7 9,8-10,9 10,4±0,25 4,8 2 11,6-11,7 11,6±0,03 0,4 11,0-11,8 11,4±0,18 3,1 3 13,5-14,0 13,7±0,12 1,7 13,1-13,4 13,2±0,08 1,1 4 12,0-12,8 12,5±0,19 3,0 12,2-13,0 12,8±0,19 3,0 5 12,0-12,9 12,4±0,22 3,6 12,2-12,5 12,4±0,09 1,4 6 7,5-8,8 8,2±0,27 6,6 7,0-8,7 7,9±0,35 8,9 7 12,4-14,4 13,7±0,46 6,7 12,3-14,8 13,8±0,59 8,5 8 14,2-14,8 14,6±0,14 2,0 14,3-14,7 14,6±0,10 1,4 9 10,8-11,5 11,2±0,17 3,0 10,2-11,8 11,2±0,34 6,1 10 11,6-12,2 11,9±0,13 2,2 11,5-12,5 12,0±0,23 3,8 2004 г. 2005 г. 1 12,8-13,8 13,2±0,22 3,3 9,7-11,3 10,7±0,35 6,5 2 13,4-14,1 13,8±0,20 2,9 10,5-11,7 11,1±0,32 5,8 3 14,8-16,1 15,6±0,28 3,6 13,4-13,8 13,6±0,09 1,3 4 13,0-15,2 14,4±0,52 7,2 13,2-13,4 13,3±0,05 0,7 5 12,2-12,5 14,2±0,47 6,6 12,4-14,0 13,3±0,34 5,0 6 7,7-9,3 8,4±0,40 9,5 7,9-10,0 8,9±0,43 9,7 7 11,9-15,4 14,4±0,83 11,5 13,5-15,5 14,5±0,43 6,0 8 13,2-15,8 14,3±0,57 7,9 12,4-15,4 14,2±0,66 9,3 9 8,9-14,2 11,5±1,42 24,7 10,3-12,4 11,6±0,46 7,9 10 11,5-13,8 12,6±0,51 8,11 11,4-13,2 12,5±0,43 6,9 128 Продолжение приложения А 1 2 3 4 5 6 7 Цинк 2002 г. 2003 г. 1 44,5-58,3 53,3±3,12 11,7 44,7-59,9 54,0±3,35 12,4 2 48,2-57,3 53,8±1,98 7,4 46,6-58,5 52,7±2,48 9,4 3 56,8-60,9 59,5±0,92 3,1 56,2-60,9 58,7±1,13 3,9 4 39,4-42,2 40,9±0,61 3,0 36,3-42,2 40,0±1,32 6,6 5 47,1-51,1 48,9±0,83 3,4 47,1-52,8 49,3±1,22 5,0 6 30,0-39,5 35,8±2,08 11,6 28,5-37,9 31,5±2,18 13,9 7 38,5-47,0 43,6±1,99 9,2 35,7-47,0 42,8±2,57 12,0 8 48,9-58,6 53,8±2,19 8,1 43,2-58,6 52,4±3,39 13,0 9 47,4-53,2 51,2±1,36 5,3 49,2-53,2 51,6±0,96 3,7 10 48,6-51,6 50,5±0,67 2,6 48,6-51,6 50,5±0,67 2,6 2004 г. 2005 г. 1 52,2-54,7 53,7±0,55 2,0 40,9-50,4 46,3±1,97 8,5 2 53,0-59,1 55,7±1,27 4,6 46,2-52,5 49,4±1,51 6,1 3 58,2-65,8 61,8±1,56 5,1 59,6-62,7 61,2±0,07 2,3 4 40,6-49,7 45,7±1,98 8,7 45,2-46,5 45,9±0,34 1,5 5 42,2-54,9 50,8±2,94 11,6 43,7-69,0 56,6±5,36 18,9 6 29,2-38,1 34,4±2,12 12,3 32,9-38,3 36,4±1,28 7,0 7 45,0-50,1 47,3±1,14 4,8 44,9-55,2 49,5±2,31 9,3 8 50,1-57,8 54,4±1,61 5,9 40,5-56,3 50,6±3,47 13,7 9 48,9-54,4 52,4±1,29 4,9 42,0-59,7 50,6±3,73 14,7 10 48,5-55,8 52,9±1,60 6,0 45,1-55,0 49,8±2,09 8,4 Медь 2002 г. 2003 г. 1 18,0-19,2 18,5±0,26 2,8 17,5-18,9 18,3±0,30 3,2 2 16,3-17,7 17,0±0,29 3,4 15,0-16,9 16,3±0,43 5,3 129 Окончание приложения А 1 2 3 4 5 6 7 3 17,6-18,0 17,8±0,10 1,2 16,8-18,1 17,3±0,28 3,2 4 13,1-13,7 13,3±0,1 2,2 13,1-14,0 13,7±0,20 2,9 5 11,8-12,8 12,3±0,25 4,1 11,3-12,6 12,2±0,31 5,1 6 8,9-9,6 9,2±0,19 4,1 8,2-10,0 9,3±0,38 8,2 7 15,6-17,0 16,2±0,34 4,2 15,5-16,6 15,9±0,24 3,0 8 18,1-18,7 18,4±0,15 1,6 17,8-19,6 18,4±0,41 4,5 9 17,5-18,2 17,9±0,16 1,7 17,5-18,7 18,0±0,25 2,8 10 16,4-17,2 16,8±0,18 2,1 16,3-18,3 17,1±0,43 5,1 2004 г. 2005 г. 1 18,0-19,8 18,8±0,38 4,0 17,1-18,7 17,8±0,40 4,5 2 17,4-18,6 18,1±0,26 2,8 17,9-19,7 18,7±0,42 4,5 3 17,3-19,4 18,6±0,45 4,8 20,3-20,7 20,5±0,09 0,9 4 13,3-15,0 14,4±0,38 5,2 15,8-16,4 16,1±0,13 1,7 5 13,4-14,9 13,9±0,34 4,8 12,6-15,5 14,5±0,65 9,0 6 9,3-11,5 10,6±0,50 9,5 9,0-11,7 10,7±0,62 11,5 7 16,8-18,1 17,7±031 3,5 18,2-18,7 18,4±0,11 1,2 8 18,5-20,3 19,2±0,39 4,0 18,0-18,7 18,3±0,16 1,7 9 18,9-20,3 19,5±0,30 3,1 16,5-19,7 18,4±0,67 7,3 10 16,7-17,6 17,2±0,19 2,2 15,4-18,6 16,9±0,79 9,3 130 Приложение Б Доверительные интервалы валового содержания тяжёлых металлов в пахотном слое почв на реперных участках (2002-2005 гг.), мг/кг Номер участка 1 2002 г. 2003 г. 2004 г. 2005 г. 2 3 4 5 Кадмий (Р<0,05) 1 0,15-0,16 0,15-0,16 0,12-0,13 0,05-0,08 2 0,13-0,15 0,13-0,15 0,08-0,15 0,06-0,08 3 0,16-0,17 0,14-0,17 0,11-0,21 0,13-0,14 4 0,08-0,13 0,07-0,17 0,05-0,12 0,05-0,09 5 0,23-0,30 0,22-0,30 0,17-0,31 0,11-0,22 6 0,09-0,13 0,10-0,13 0,05-0,10 0,03-0,08 7 0,14-0,18 0,15-0,17 0,12-0,13 0,08-0,09 8 0,16-0,20 0,16-0,19 0,16-0,18 0,06-0,15 9 0,13-0,17 0,14-0,18 0,09-0,14 0,07-0,09 10 0,17-0,22 0,17-0,20 0,12-0,15 0,06-0,1 Свинец (Р<0,05) 1 10,0-10,5 9,6-11,2 12,5-13,9 9,6-11,8 2 11,6-11,7 10,9-12,0 13,1-14,4 10,1-12,1 3 13,3-14,1 13,0-13,5 14,7-16,5 13,3-13,9 4 11,9-13,1 12,2-13,4 12,8-16,1 13,2-13,5 5 11,7-13,1 12,1-12,6 12,7-15,7 12,3-14,4 6 7,4-9,1 6,8-9,1 7,2-9,7 7,6-10,3 7 12,3-15,2 12,0-15,7 11,7-17,0 13,2-15,9 8 14,2-15,1 14,3-14,9 12,5-16,1 12,1-16,3 9 10,7-11,7 10,1-12,2 7,0-16,1 10,2-13,1 10 11,5-12,3 11,3-12,8 11,0-14,3 11,2-13,9 131 Продолжение приложения Б 1 2 3 4 5 Цинк (Р<0,05) 1 43,4-63,2 43,3-64,6 52,0-55,5 40,0-52,6 2 47,5-60,0 44,8-60,6 51,7-59,8 44,5-54,2 3 56,6-62,4 55,1-62,3 56,9-66,8 58,9-63,4 4 39,0-42,8 35,8-44,2 39,4-52,0 44,9-47,0 5 46,3-51,5 45,4-53,2 41,5-60,2 39,6-73,6 6 29,2-42,4 24,5-38,4 27,7-41,1 32,3-40,4 7 37,2-49,9 34,6-50,9 43,7-51,0 42,1-56,8 8 46,9-60,8 41,6-63,2 49,3-59,5 39,6-61,7 9 46,9-55,5 48,6-54,7 48,3-56,5 38,7-62,5 10 48,4-52,6 48,4-52,6 47,8-58,0 43,1-56,4 Медь (Р<0,05) 1 17,7-19,3 17,4-19,3 17,6-20,0 16,6-19,1 2 16,1-17,9 14,9-17,7 17,3-18,9 17,4-20,1 3 17,5-18,2 16,4-18,2 17,2-20,0 20,2-20,7 4 12,8-13,7 13,1-14,3 13,2-15,6 15,6-16,5 5 11,5-13,1 11,2-13,1 12,9-15,0 12,4-16,6 6 8,6-9,8 8,1-10,5 9,0-12,1 8,7-12,7 7 15,1-17,3 15,1-16, 7 16,7-18,7 18,1-18,7 8 17,9-18,9 17,1-19,7 18,0-20,5 17,8-18,8 9 17,4-18,4 17,2-18,8 18,4-20,5 16,2-20,5 10 16,3-17,4 15,7-18,5 16,6-17,8 14,4-19,4