Эколого-геохимическая оценка почв и особенности миграции токсичных элементов в агроценозах Волгоградской области

Глобальные масштабы круговорота химических элементов в природе обусловливают неразрывную связь растительных и животных организмов с геохимической средой их обитания.

Оценка эколого-геохимического состояния отдельных территорий является важнейшей практической задачей геохимической экологии, рассматривающей процессы взаимодействия организмов и среды обитания через биогенную миграцию химических элементов.

Многостороннее воздействие окружающей среды на живые организмы обусловлено в первую очередь, воздействием антропогенных факторов, имеющих особенности в каждом регионе.

На современном этапе развития человеческой цивилизации необходимость в эколого-геохимических исследованиях различных регионов мира и нашей страны стоит весьма остро.

Волгоградская область характеризуется мощным производственным потенциалом и находится на первом месте в ЮФО по объемам выбросов. Масса выбросов загрязняющих веществ от стационарных источников в атмосферу по Волгоградской области за первое полугодие 2010 года составила 97,9 тыс. тонн (Доклад, 2011).

Наряду с предприятиями металлургии, машиностроения, теплоэнергетики, нефтепереработки, химической промышленности, стройиндустрии, в том числе ЗАО «Металлургический завод «Красный Октябрь», ОАО «СУАЛ» филиал «Волгоградский алюминиевый завод Сибирско-Уральской алюминиевой компании», ООО «ЛУКойл-Волгограднефтепереработка», ОАО «Каустик», ОАО «Химпром»,.

ОАО «Волжский завод органического синтеза» и другими, в Волгоградской области функционирует многочисленная сеть магистральных газои нефтепроводов, что обусловливает повышенную техногенную нагрузку на компоненты биосферы, приводящую к сложной ассоциации элементов в почве 4 и живых организмах, изменяющих их функциональные особенности, истощающих ассимиляционный потенциал и адаптационные резервы.

Нарушение экологического равновесия в природе сказывается, в первую очередь, на почве, поскольку она является главным приемником и аккумулятором токсичных элементов. Вместе с тем почва выступает первым звеном в пищевой цепи почва — растение — животное — человек.

В литературе широко представлены результаты исследований по изучению содержания токсичных элементов в почве (Алексеев, 2008; Федоров, 2008), транслокации тяжелых металлов (ТМ) в системе почва-растение (Черных, 1995; Прохорова и др., 1998; Торшин, 1998; Зубкова, 2004).

Однако в связи с разнотипным характером техногенного воздействия, проявляющимся на территории Российской Федерации, в том числе Волгоградской области, необходимо региональное изучение элементного состава всех звеньев трофической цепи, особенно закономерностей распределения элементов в агроценозах, граничащих с промышленными центрами, в которых экономически выгодно производство продукции растениеводства и животноводства вследствие непосредственной близости от потребителей и предприятий переработки.

Цель работы заключалась в изучении закономерностей миграции и распределения Сё, РЬ и Аб в трофических цепях агроценозов Волгоградской области, прилегающих к промышленным центрам.

Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:

1. Изучить геохимические особенности снега и накопление токсичных элементов на подстилающей почве в районах Волгоградской области, прилегающих к источникам промышленного загрязнения.

2. Оценить эколого-геохимическое состояние почв, находящихся в зоне техногенной нагрузки.

3. Установить аккумулирующую по отношению к Сё, РЬ и Аб способность растений агрофитоценозов Волгоградской области и возможность их применения для фиторемедиации.

4. Сопоставить уровни накопления ТМ и Аз в почвах и растениях с уровнями их содержания в молоке и волосяном покрове коров.

Объектами исследований явились атмосферные осадки (снеговая вода), светло-каштановые почвы различного назначения (пашня, пастбища), продуценты — полевые и пастбищные сельскохозяйственные растения (озимая пшеница, горчица сарептская, донник лекарственный, лебеда раскидистая, пырей ползучий, житняк узкоколосый, тростник южный), а также волосяной покров и молоко крупного рогатого скота.

Предмет исследований — миграция РЬ, Сс1 и Аб в системе атмосферапочва и далее по трофической цепи агроценозов Волгоградской области.

Положения, выносимые на защиту:

1. Существенным источником поступления токсичных элементов в почвы Волгоградской области являются атмосферные осадки.

2. Почвы Волгоградской области испытывают техногенное воздействие, проявляющееся в увеличении содержания в них Сё и Аб.

3. Зависимость между поступлением Аб с атмосферными осадками и содержанием его почвах.

4. Видовая особенность растений в накоплении тяжелых металлов и Аб.

5. Наибольшая миграционная способность Сё по сравнению с РЬ и Аб.

6. Соответствие содержание РЬ, Сё и Аб в пробах волосяного покрова коров со среднесуточным поступлением этих элементов с кормом.

Основные результаты, представленные в диссертации, расширяют знания о химическом составе почв и растений в условиях антропогенной нагрузки.

Впервые проведены комплексные исследования по изучению биогеохимической миграции Сё, РЬ и Аб в агроценозах районов Волгоградской области, прилегающих к промышленным центрам, и установлены близкие к границе допустимого уровни содержания в почве Сё и Абтесная зависимость между содержанием Аб в слое почвы 0−20 см и количеством его, поступающим с осадками для тяжелосуглинистых почв и умеренная — для глинистыхотсутствие прямой зависимости между содержанием загрязнителей в почве, б растениях и животных, обусловленное, в первую очередь действием кислотно-щелочных барьеров.

Многолетние исследования состава снеговой воды позволяют прогнозировать изменение содержания токсичных элементов в почвенном покрове Волгоградской области.

Полученная информация о миграции ТМ и Аб в цепи почва — растениеживотное на прифермерских полях Волгоградской области служат основой для обследования и организации мониторинга при планировании и производстве экологически безопасной продукции животноводства в условиях техногенной нагрузки.

В качестве растения — фитоэкстрактора на почвах, характеризующихся повышенным содержанием ТМ и Аб, можно использовать горчицу сарептскую.

Материалы диссертации были доложены на XVII Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых по фундаментальным наукам «Ломоносов 2010" — секции «Современные техногенные и экологические вызовы: инновационные пути решения» X Международного социального конгресса, РГСУ г. Москвагодичных чтениях РГСУ 2010, 2011 гг.

Работа состоит из введения, трех глав, выводов, предложений производству, списка использованной литературы. Диссертация изложена на 154 страницах машинописного текста, включает 38 таблиц, 10 рисунков, 35 приложений.