Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка региональных нормативов содержания Cr, Cu, Ni, Pb и нефти в коричневых красноцветных почвах (терра-росса) Крыма

Сведения об участнике
ФИО
Ляшенко
ФИО (на английском языке)
Lyashenko
Название организации
Южный федеральный университет
Тезисы
Название
Разработка региональных нормативов содержания Cr, Cu, Ni, Pb и нефти в коричневых красноцветных почвах (терра-росса) Крыма
Название (на английском языке)
Develop of regional norms of contents of Cr, Cu, Ni, Pb, and oil for red-brown soil (terra rossa) of Crimea
Соавторы (ФИО, организация, город, страна)
С.И. Колесников, Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия
Соавторы (на английском языке)
S.I. Kolesnikov
Содержание

Коричневые красноцветные почвы являются одними из самых редких почв России. Они встречаются только в Крыму. Степень их устойчивости к химическому загрязнению не исследована.

Цель данной работы — исследовать влияние при загрязнении нефтью и тяжелыми металлами (Cr, Cu, Ni, Pb) на биологические свойства коричневых красноцветных почв Крыма.

Загрязнение тяжелыми металлами (ТМ) и нефтью моделировали в лабораторных условиях.

Почву отбирали в окрестностях поселка Никита, Республика Крым. Использовали верхний слой почвы 0-10 см, так как в нем задерживается большая часть загрязняющих веществ в непахотных почвах.

Исследовали Cr, Cu, Ni и Pb, поскольку этими ТМ в значительной степени загрязнены почвы Черноморского побережья Кавказа. Кроме того, эти металлы интересны для сравнения, так как их предельно допустимые концентрации (ПДК) составляют 100 мг/кг почвы. Использовали значения ПДК, разработанные в Германии. Во-первых, потому, что ПДК в почве общего (валового) содержания меди и никеля в России отсутствуют. Во-вторых, «российская» ПДК свинца зачастую не может быть использована, так как меньше содержания этого элемента во многих почвах.

ПДК нефти в почве не разработана, поэтому ее содержание в почве выражали в процентах.

ТМ вносили в почву в количестве 1, 10, 100 ПДК (100, 1000 и 10000 мг/кг соответственно), нефть — 1, 5, 10 % от массы почвы. Содержание ТМ в почве до 100 и даже более ПДК нередко встречается в районах предприятий металлургической, химической и топливной промышленности. Загрязнение почвы до 10 ПДК, помимо названных источников, обычно вызвано автотранспортом и/или сельскохозяйственными мероприятиями — использование минеральных удобрений, пестицидов, протравителей семян. Загрязнение почвы нефтью до 10 % от массы почвы и более часто встречается в районах нефтедобычи, транспортировки и переработки нефти.

Использовали оксиды ТМ: CrO3, CuO, NiO, PbO. Во-первых, значительная доля ТМ поступает в почву именно в форме оксидов. Во-вторых, использование оксидов ТМ позволяет исключить воздействие на свойства почвы сопутствующих анионов, как это происходит при внесении солей металлов.

Почву инкубировали в вегетационных сосудах при комнатной температуре (20-22°С) и оптимальном увлажнении (60% от полевой влагоемкости) в трехкратной повторности.

Биологические свойства почвы определяли через 30 суток после загрязнения. При оценке химического воздействия на биологическое состояние почвы этот срок является наиболее информативным.

Лабораторно-аналитические исследования были выполнены с использованием общепринятых методов. Определяли общую численность бактерий, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитическую активность, фитотоксические свойства почвы.

На основе вышеперечисленных биологических показателей определяли интегральный показатель биологического состояния (ИПБС) почвы.

В результате исследования было установлено, что загрязнение коричневой красноцветной почвы хромом, медью, никелем, свинцом, нефтью приводит к ухудшению ее состояния. Как правило, наблюдалось достоверное снижение исследованных биологических показателей общей численности бактерий, активности каталазы и дегидрогеназы, целлюлозолитической активности, обилия бактерий рода Azotobacter, длины корней редиса, ИПБС.

Статистически достоверного стимулирующего действия ТМ и нефти на биологические свойства коричневой красноцветной почвы зафиксировано не было, хотя такой эффект малых доз загрязняющих веществ нередко наблюдали на более устойчивых к загрязнению почвах, например, черноземах.

Негативное воздействие ТМ на живые организмы вызвано с их способностью связываться с сульфгидрильными группами белков, что нарушает синтез и работу ферментов и проницаемость биологических мембран, а в результате и обмен веществ.

Негативное действие нефти на биологические процессы в почве связано с обволакиванием нефтяными углеводородами почвенных частиц и нарушением водно-воздушного режима почвы, содержанием в нефти токсичных веществ (тяжелых металлов, ароматических углеводородов, фенолов и др.), накоплением в почве токсичных продуктов окисления углеводородов (гексадецилового спирта, пальмитиновой, бензойной, салициловой кислот и др.), значительным увеличением соотношения C:N и т.д.

Степень снижения биологических показателей зависела от природы загрязняющего вещества и его концентрации в почве.

Как правило, наблюдали снижение значений биологических показателей с увеличением количества загрязняющего вещества в почве.

Поскольку ПДК всех четырех исследованных ТМ одинаково — 100 мг/кг — возможно корректное сравнение их токсического действия по отношению к исследованным биологическим показателям. Полученные результаты свидетельствуют о том, что наиболее значительное негативное воздействие оказал хром. Свинец, медь и никель проявили меньшее по силе воздействие.

Ряд токсичности ТМ по отношению к коричневым красноцветным почвам выглядит следующим образом: Cr > Ni > Cu = Pb.

Схожая закономерность была получена в исследованиях, проведенных ранее, с другими почвами Юга России.

Ранее Колесниковым с соавторами было установлено, что при уменьшении ИПБС почвы менее чем на 5 % в почве нарушения экологических функций не происходит, при снижении значений ИПБС на 5-10% изменяются информационные экофункции, на 10-25 % — химические, физико-химические, биохимические и целостные, на 25 % и более — физические.

Используя результаты проведенных исследований были построены уравнения регрессии, отражающие зависимость снижения значений ИПБС от содержания в почве того или иного загрязняющего вещества. По этим уравнениям были рассчитаны концентрации загрязняющих веществ, при которых происходит нарушение тех или иных групп экологических функций почвы. На основании полученных данных предложена схема регионального экологического нормирования загрязнения коричневых красноцветных почв Крыма.

На основе результатов настоящего исследования и данных, полученных ранее (Вернигорова и др., 2015), была проведена сравнительная оценка почв Крыма по устойчивости к загрязнению ТМ: черноземы остаточно-карбонатные (74) > черноземы южные (69) > темно-каштановые солонцеватые (63) ≥ коричневые выщелоченные красноцветные (62) ≥ горно-луговые (61) ≥ коричневые карбонатные (59) > бурые лесные (46).

Коричневые выщелоченные красноцветные почвы более устойчивы к загрязнению ТМ, чем горно-луговые и бурые лесные, так как имеют более высокие значения рН и более устойчивы, чем коричневые карбонатные, которые имеет значительно меньшее содержание гумуса.

Литература

1.Вернигорова Н.А., Колесников С.И., Казеев К.Ш. Оценка устойчивости почв и наземных экосистем Крыма к химическому загрязнению. Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2015. 126 с.

2.Орлов Д.С., Малинина М.С., Мотузова Г.В., Садовникова Л.К., Соколова Т.А. Химическое загрязнение почв и их охрана. М.: Агропромиздат, 1991. 303 с. 

Благодарности
Исследование выполнено при поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (6.345.2014/K) и государственной поддержке ведущей научной школы Российской Федерации (НШ-9072.2016.11).