Поведение фторидов в почве
Читайте также:
|
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ
ХАКАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н. Ф. КАТАНОВА
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ – «310200 – АГРОНОМИЯ»
ЛЫСЕНКО ОКСАНА НИКОЛАЕВНА
Влияние искусственно вносимой
соли NaF на накопление фтора
в почве и разнотравье луга
Руководитель работы ____________ к. б.н., доцент
экологии ___________________ к. ф.н., профессор
Консультант по безопасности
жизнедеятельности __________ к. б.н., профессор
«Допустить к защите»
Зав. кафедрой ___________
«___»____________ 2000 г.
Глава 1. Фтор в системе почва – растения ……………………………………… 05
1.1. Фтор как химический элемент …………………………………………………… 05
Глава 2. Условия проведения исследований ……………………………………… 12
2.2. Метеорологические условия ………………………………………………………… 14
2.3. Место и методика проведения исследований ………………… 16
Глава 3. Результаты исследований …………………………………………………………… 22
3.1. Наблюдение и результаты исследований в 1997 г. … 22
3.2. Наблюдение и результаты исследований в 1998 г. … 25
3.3. Наблюдение и результаты исследований в 1999 г. … 28
3.4. Влияние года исследований на накопление фтора в
Глава 5. Безопасность жизнедеятельности ………………………………………… 37
ВВЕДЕНИЕ
Развитие любого промышленного производства совсем не дающего загрязняющих выбросов в окружающую среду не осуществимо не только в России, но и не в одной стране мира. Поэтому в ближайшем будущем и отдаленной перспективе проблема загрязнения окружающей среды, проблема взаимодействия биосферы с поступающими в нее соединениями (ксенобиотиками) в результате деятельности производств будет находиться в центре внимания человечества.
В Хакасии среди техногенных загрязнителей окружающей среды, наиболее крупными являются угледобывающая и цветная промышленность, машиностроение, теплоэнергетика, искусствено-кожевенное, комвольно-суконное, гидролизно-дрожжевое производства, автотранспорт, производство строительных материалов и другие.
Первое место среди техногенных источников занимает цветная металлургия. В Хакасии в первую очередь алюминиевая (CaA3) к основным выбросам при производстве алюминия на СаАз-е относятся фторосодержание газопылевые комплексы и различные аэрозоли. В принципе не только СаАЗ, крупнейшие добывающие, машиностроительные комплексы, но и местные агропромпредприятия могут загрязнять реки, почвы и растительность за счет распространения и локализации богатых фторидами фосфорсодержащих удобрений, моющих, красящих и других химических средств.
С каждым годом в связи с расширением промышленного производства увеличивается токсичное давление на окружающую среду (биосферу), тем самым непосредственно влияет на качество почв и сельскохозяйственной продукции.
Изучение влияния фторидного загрязнения еще не нашло должного отражения в литературе, тем более в республике Хакасия. Поэтому актуальность темы дипломной работы будет стоять и в будущем.
Новизна и практическая значимость работы: продолжено изучение вопросов, механизма загрязнения окружающей среды фтором, а также влияние разных концентраций соли NaF на растительный корм.
Изучить влияние разных концентраций соли NaF на почвы и разнотравье луга.
1) Выявить накопление фторидов в почве и разнотравье.
2) Изучить влияние фторидов на качество разнотравья.
3) Выявить симптомы (внешние признаки) фторидной интоксикации.
Исследования проводились в 1998, 1999 гг. Данные за 1997 год предоставлены государственной станцией агрономической службы «Хакасская».
Результаты исследований докладывались на Катановских чтениях в 1998, 1999 и 2000 гг. ХГУ им. , а также результаты исследований публиковались в сборнике «Экология Южной Сибири – 2000 г.»/Отв. ред. . – Красноярск: Красноярский гос. университет, 1998.
Выражаю благодарность за помощь в проведении исследований сотрудниками станции агрохимической службы «Хакасская» и особенно директору станции Антонову Ивану Сергеевичу и руководителю дипломной работы Чаркову Сергею Михайловичу. Рецензенту Кадычегову Алексею Николаевичу.
ГЛАВА 1. ФТОР В СИСТЕМЕ ПОЧВА – РАСТЕНИЯ
1.1. ФТОР КАК ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ
Особое внимание уделяется загрязнению почв тяжелыми металлами (группа химических элементов с плотностью более 5 г/см3 или относительной атомной массой более 40). По свойствам в группу тяжелых металлов (Т. М.) относят микроэлементы: медь, цинк, молибден, кобальт, марганец, железо. Микроэлементами в сельском хозяйстве они названы за те концентрации, в которых они необходимы живым органам. Однако имеется группа металлов за которыми закрепилось только одно негативное понятие – «тяжелые», в смысле токсичные. Это группа ртути, кадмия, фтора и свинца. Их считают наиболее опасными загрязнениями окружающей среды, так как эти металлы широко используются в промышленности и транспорте ( и др., 1998).
Фтор как химический элемент, — широко распространенный в природе не металл, который занимает 16 место среди элементов входящих в состав земной коры. Чаще всего в природе находится в виде труднорастворимых солей апатита, топаза, полевого шпата, креалита и др. (, , 1993). В то же время этот элемент является наиболее электроотрицательным из числа всех известных на Земле химических элементов; это характеризует его как химический самый активный элемент образующий многочисленные соединения, часть из которых опасны для здоровья людей и животных. Поэтому в списке вредных веществ фтор относится к I классу опасности в почве и ко II-му классу в воде (Окружающая среда, 1993).
1.2. ФТОР В ПОЧВЕ
На степень загрязнения почв фтором большое влияние оказывает вид сельскохозяйственных угодий. Так, по результатам крупномасштабного картирования в зоне Красноярского алюминиевого завода (пригородная зона г. Красноярска) площадь почв с чрезвычайно и высокоопасным загрязнением на сенокосах и пастбищах составляет 8,1 тыс. га или 25,7% от обследованных, а на пашне только 5,5% (5,4 тыс. га). Этот факт обусловлен тем, что в непахотных почвах фтор в основном концентрируется на самой поверхности почвы. В пахотных же почвах в результате систематической обработки, почвы легко перемешиваются и в результате взаимодействия с почвой фтор быстрее переходит в неактивные формы за счет процессов адсорбции и минералообразования (, 1996; , , 1983).
Применение высоких доз фосфорных удобрений может привести к загрязнению почв фтором (Потатуева, Капаев, 1979; , 1998; , 1996). От применения балластных и концентрированных удобрений на дерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах, отмечено повышенное содержание водо-растворимого фтора в верхнем горизонте. Регулярное внесение аммофоса, увеличила на 50% содержание подвижного фтора только в пахотном горизонте, почти не изменив его в слоях 20-50 см и 50-80 см (, 1996).
По данным (1996) внесение навоза из расчета 10 т/га ежегодно, привело к повышению содержания в почве (дерново-подзолистой тяжелосуглинистой) водо-растворимого фтора в 2 раза, количество которого достигало тех же величин, что и при систематическом внесении аммофоса.
По данным (1997) на мощном черноземе Мироновского НИИ селекции и семеноводства пшеницы в опыте с бессменной культурой кукурузой, где за время проведения опыта ( гг.) было внесено Р2О5 2320 кг/га общее содержание фтора в почве возросло на 22-28%.
Длительное применение суперфосфата в опыте во ВНИИ сахарной свеклы и сахара, повысило содержание фтора в почве на 90% по сравнению с контролем (, 1997).
Во Франции, где в течении длительного времени применяются высокие дозы минеральных удобрений содержание фтора в пище составляет 10 мг/кг сухого вещества в США интенсивно удобряемая кукуруза содержит фтор в концентрациях 8 мг/кг сухого вещества. Тогда как в нормальных условиях, фтора содержится в мг/кг: в зерне – 0,2-0,7; соломе – 2-7; картофеле – 0,2-0,9; в свекле – 0,2-0,6; в сене – 0,2-2,3 (, 1997).
Одним из источников загрязнения агросистем являются химические средства защиты растений. Так и (1962) установлено, что в течение длительного времени загрязнение агроэкосистем фтором происходило от применения пестицидов.
Имеются данные о снижении ферментативной активности некоторых почв при добавлении в почву NaF (Russel, Swiecicki, 1978). В эксперименте проведенном (1994), на дерново-подзолистой, слабоокультуренной почве наблюдалось подщелачивание почвы, как следствие NaF. При высоком уровне загрязнения (1000 мг фтора на кг почвы) почва заплывала, нарушалась ее структура, появлялись признаки осолонцевания. Высокий уровень загрязнения вызывал деструкцию гумусовых веществ. Фтористые соединения могут оказать заметное влияние на почвенные микроорганизмы ( и др, 1981). При содержании фтора в почвах выше 1000 мг/кг наблюдается снижение активности почвенных микроорганизмов (уреазы, фосфатазы, дегидрогеназы) по сравнению с контролем. Фтористые соединения замедляют рост систематических групп почвенных микроорганизмов (, 1977).
Для валового фтора ПДК не определено. Степень загрязнения почв фтором оценивается по водо-растворимым формам, содержание которых не должно превышать 10 мг/кг почвы (Санитарные нормы, 1987).
Поступление фтора в растения, изменение его миграционных свойств в почве зависит от его общего содержания в почвах, форм его соединений, свойств почвы: кислотности, механического состава, минералогического состава, наличия карбонатов, окисления железа и алюминия (, 1997; , 1997).
Содержание водо-растворимых форм фтора тем выше, чем больше степень засоления почв, но при этом содержание фтора зависит от состава самой ( и др., 1971).
Среди отечественных и зарубежных ученых давно установилось мнение, что щелочные и слабощелочные, богатые кальцием черноземы, каштановые почвы (в нашей республике они составляют более 90%) химически прочно связывают выпадающий на поверхность с аэровыбросами фтор, приводя его в нерастворимые флюоритные, фтораппатитовые и другие соединения (, 1996).
1.3. ФТОР В РАСТЕНИЯХ
Фтор влияет на метаболизм растений и способен вызывать снижение темпов поглощения кислорода, расстройства респираторной деятельности, снижение ассимиляции питательных веществ, уменьшение содержания хлорофилла, подавление синтеза крахмала, разрушение ДНК и РНК и ингибировать ряд других процессов.
Установлено, что фториды ингибируют ферменты: энолазу, фосфорглюкомутазу, фосфотазу ( А, , 1967).
и (1978) указывают на неравномерность распределения фтора по органам растений: большая его часть накапливается в корнях, чуть меньше его в вегетативной массе (солома, листья, стебли) и менее всего фтора содержится в зерне. По сообщению (1997) в культурных растениях фтор в основном накапливается в листьях и стеблях, меньше в плодах.
В своей работе (1997) прослеживает прямую связь между уровнем фтора в почве и накоплением его в соломе. При содержании фтора в почве 60,6 мг/кг в соломе его накапливалось 43, 7 мг/кг, при 17,6 мг/кг – 35,8, при 1,8 мг/кг – только 28,6 мг/кг. При этом на урожайность зерна это не оказывало ни какого влияния.
А. Хеннинг (1976, Германия) считает, что чувствительность растений к фтору наступает при очень высокой концентрации его в почве, для гречихи, например, 900 мг/кг.
Злаковые растения имеют ряд симптомов при действии на них фторидов высокой концентрации. Кончики листьев могут приобретать бледно-коричневый или даже белый цвет, хлоротические точки и полосы расположенные вдоль листа жилки по краю и направлению к кончику листа. Часто хлоратическая узкая полоса отделяет некротическую (мертвую) ткань от здоровой (, 1996; 1998).
и (1991) приводят данные, что содержание в луговой траве 60-71 мг/кг фторидов, не дает каких-либо видимых признаков поражения растений, тогда как ПДК фтора в траве 1,5 мг/кг. Есть сообщения авторов , , и др. (1988), , (1993), Майкла Трешой (1998), что даже при наличии очень высоких концентраций фтора в листьях, еще не означает, что эти листья станут обязательно поврежденными. (1981) же утверждает, что местные растения отрицательно реагируют на наличие в воздухе токсических веществ даже в малых дозах, в зависимости от длительности экспозиции, это приводит к многочисленным нарушениям физиологических функций, угнетению и отмиранию отдельных групп клеток, участков тканей, что нередко приводит к гибели растений.
Некоторые растения настолько восприимчивы к загрязнению воздуха и почвы, что поражаются при концентрации фторидов незначительно превышающей фоновую. Это свойство растений используется в мониторинге загрязнения воздуха, почв и других средств, как метод биоиндикации и симптомологии (, 1996).
Обнаружение симптомов на растениях, распределение пораженных растений на местности, влияние на вид растения описаны в работе (1998).
Однако, в каких концентрациях фторидов в воздухе, воде, почве, в каких фазах произрастания растений проявляются эти отрицательные эффекты, имеются слишком мало официальных публикаций.
Реакция растений на загрязнение фтором даже до появления каких-либо симптомов токсичности, проявляется в ослаблении темпов роста, снижение урожайности. Однако наиболее опасным последствием фторидного загрязнения является накопление его в кормовых растениях (Miller, 1973). По данным (1989) предельно допустимыми концентрациями фтора в кормах, принятыми в некоторых зарубежных странах являются:
— зерновые корма 3,0.
При повышении этих значений существует вероятность заболевания животных флюорозом. Клинические признаки развиваются через 6 – 12 месяцев при поступлении фтора с водой, содержащей элемент в концентрациях от 5 мг/кг и выше или же с кормами, в которых уровень фтора превышает 100 мг/кг (, , 1991). Допустимая концентрация фтора в ежегодном рационе составляет: для овец – 50, коров – 30, свиней – 70 мг/кг (, 1997).
В республике Хакасия загрязнением фтором окружающей среды занимаются сотрудники станции агрохимической службы «Хакасская» , , и др., однако изучение данной проблемы требует дальнейших исследований, а нами сделана лишь незначительная попытка затронуть вопросы влияния фторосодержащих соединений на почву и естественный травостой.
ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
На территории Хакасии выделяют следующие природные зоны: а) степь; б) лесостепь; в) подтайга; г) тайга.
Площадь степной зоны около 1,5 млн. га. Степные земли расположены в пределах Минусинской котловины. Территория эта является наиболее обжитой и освоенной частью еспублики. Рельеф холмисто-сопочный, сочетающийся с крупными длинными равнинами. Абаканская степь (Восточная часть Уйбатской степи), расположена на левобережье реки Абакан (, 1974).
Зона проведения опыта характеризуется резко-континентальным климатом. Он проявляется в больших амплитудах колебания температур между самым холодным месяцем январем и самым теплым – июлем.
Наиболее высокие температуры лета Хакасии наблюдается в районе Абаканской степи: средняя – до 200, максимальная — до 32…390С. С приближением к предгорьям и при движении на север средние температуры июля несколько понижаются.
Средняя температура самого холодного месяца – января – почти по всей территории колеблется от – 19 до – 210С. Минимальные же температуры часто доходят до – 40…490С. Годовая амплитуда колебания максимальных температур достигает 880, среднемесячных – вдвое меньше.
Вегетационный период в пределах среднесуточных температур 50С, продолжается 155-165 дней. В предгорьях и северной части степной зоны он сокращается на 8-14 дней.
В степной зоне последние заморозки отмечаются во второй половине мая, а первые начинаются в конце сентября. Здесь наблюдается наиболее продолжительный безморозный период в течение 115 дней. В предгорных районах весенние заморозки часто затягиваются до конца мая – начала июня, а первые осенние начинаются в первой декаде сентября (Климатический справочник, 1967).
Современный почвенный покров степной зоны Хакасии очень разнообразен. Преобладают почвы черноземного типа (черноземы обыкновенные и южные) и малоразвитые щебнистые почвы. Менее распространены каштановые солонцовые, солончаковые и луговые почвы (, 1954).
Почвы степной зоны зимою охлаждаются и промерзают на глубину (1,7 м), в связи с малой мощностью снегового покрова, более низкими зимними температурами воздуха и его большой сухостью. Весной же они оттаивают и прогреваются быстрее.
В степной зоне самая низкая среднесуточная относительная влажность воздуха (30%) бывает в мае.
В отдельные жаркие дни лета в 13 часов она снижается до 7%. Наибольшее количество с относительной влажностью ниже 30% наблюдается в мае-июне.
Испаряемость с водной поверхности в сухостепной зоне вдвое превышает годовую сумму осадков, причем наименьшее испарение происходит в январе – 3 мм, наибольшее в мае 110 мм.
В степных районах республики выпадает наименьшее количество осадков – 250-260 мм. К северу и востоку их количество постепенно возрастает до 300-350 мм.
В течение зимы осадки выпадают в среднем около 10% годовых осадков, а основное их количество (более 60%) приходится на летний период июль-август. Преобладают при этом дожди ливневого характера.
Характерной особенностью климата степной зоны являются постоянные и довольно сильные ветры. Весною, а иногда и в зимнее время они нередко переходят в черные бури, когда ветром разрушаются и сносятся верхние наиболее плодородные горизонты почвы (Агроклиматический справочник, 1961).
2.2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ
За годы исследований особых различий в климате по годам не наблюдалось.
В 1997 году осень была сухой, в зимний период выпало достаточно снега, но в силу того, что весна была ранней, с высокой температурой воздуха, снег в основной своей массе сублимировал, в почву влаги от таяния снега поступило мало. Весенние осадки, как правило невелики и не обеспечили полной потребности во влаге (таблица 1).
Среднемесячная температура воздуха и количество осадков
Источник
➤ Adblockdetector