Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении




НазваниеТрансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении
страница1/8
Дата конвертации16.03.2013
Размер0.88 Mb.
ТипАвтореферат
  1   2   3   4   5   6   7   8


на правах рукописи


Плеханова Ирина Овакимовна


ТРАНСФОРМАЦИЯ СОЕДИНЕНИЙ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

В ПОЧВАХ ПРИ УВЛАЖНЕНИИ


Специальность 03.00.27 – почвоведение


АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора биологических наук


Москва - 2008


Работа выполнена на кафедре земельных ресурсов и оценки почв

факультета почвоведения Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова


Официальные оппоненты:

доктор сельскохозяйственных наук Ю.Н. Водяницкий

доктор биологических наук, профессор А.И. Карпухин

доктор биологических наук, профессор М.М. Умаров


Ведущее учреждение:

Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН


Защита состоится «27» мая 2008 г. В 15 час. 30 мин в ауд. М-2

на заседании диссертационного совета Д 501.001.57 при Московском государственном университете имени М.В. Ломоносова: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, факультет почвоведения


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ


Автореферат разослан _________________2008 г.


Отзывы на автореферат, заверенные печатью, в двух экземплярах просьба присылать по указанному адресу


Ученый секретарь

диссертационного совета

д.б.н, профессор А.С. Никифорова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ


Актуальность. Определение механизмов, управляющих подвижностью, миграционной способностью и доступностью для растений соединений металлов является актуальной проблемой экологического почвоведения. Формирование микроэлементного состава почв является геохимически обусловленным и происходит под воздействием важнейших факторов почвообразования и антропогенной деятельности. Cовременный уровень химического загрязнения почв определяет актуальность исследования влияния физико-химических факторов внешней среды на состояние тяжелых металлов (ТМ) и микроэлементов (МЭ) в почвах. Изучение механизмов определяющих процессы почвообразования необходимо для понимания закономерностей и особенностей функционирования почв с учетом влияния природных и антропогенных факторов (Добровольский, Никитин, 1990, 2000; Регуляторная роль почвы…, 2002). В зависимости от развития доминирующих почвообразовательных процессов происходит изменение микроэлементного состава, зависящее от накопления, трансформации и миграции МЭ в почвах.

Имеются основания полагать, что повышенное содержание соединений металлов в почвах при действии естественных физико-химических факторов среды и участии биологической составляющей почв может приводить к существенным изменениям фракционного состава соединений Fe, Mn и функционально связанных с ними МЭ. Кроме того, влияние физико-химических и биологических факторов в значительной степени определяет подвижность, способность элементов к миграции по почвенному профилю, в сопредельные среды, а также масштабы и уровни распределения металлов в системе почва-растение.

Одним из важнейших факторов внешней среды, от которого зависит химическое состояние органических и минеральных компонентов почв, является гидрологический режим. Переувлажнение – естественное состояние большинства почв гумидных ландшафтов (Зайдельман, 1998). Развитие окислительно-восстановительных процессов и изменение кислотности почв в результате высушивания или избыточного увлажнения, оказывают значительное влияние на подвижность МЭ, вызывая их осаждение, растворение, а также образование комплексных соединений различной прочности с органическим веществом (ОВ), глинистыми минералами, оксидами Fe, Mn и другими почвенными компонентами. В наибольшей мере таким превращениям подвержены элементы с переменной валентностью, к которым относятся элементы семейства Fe, важнейшего для почв и процессов почвообразования.

В настоящее время достаточно полно исследованы вопросы трансформации соединений Fe и Mn в различных условиях увлажнения почв (Аристовская, 1980; Зонн, 1982; Плеханова, Обухов, 1990; Костенков, Стрельченко, 1992; Пиневич, 2005; Mandal, 1961; Ponnamperuma, 1972), но практически нет работ, в которых бы рассматривалось состояние других металлов переменной валентности, таких как Co, Ni, тесно связанных с состоянием Fe, Mn при изменении увлажнения почв и окислительно-восстановительных условий. Недостаточно данных о влиянии условий увлажнения и состояния Fe, Mn, как основных почвенных сорбционных систем, на состояние ТМ, их подвижность и фракционный состав.

Цель исследования. Изучить влияние основных сорбционных и окислительно-восстановительных почвенных систем: Fe, Mn и органического вещества, на состояние функционально связанных с ними соединений металлов при различном увлажнении почв. Оценить агроэкологическое состояние почв при комплексном, полиэлементном загрязнении почв осадком сточных вод (ОСВ), возможности их детоксикации и самоочищения. В соответствии с целью, были поставлены конкретные экспериментальные задачи:

1. Исследовать в условиях модельных экспериментов влияние увлажнения и внесения различных источников органического вещества на развитие окислительно-восстановительных процессов, трансформацию и фракционный состав соединений элементов семейства железа, в дерново-подзолистых и серых лесных почвах.

2. Оценить роль микроорганизмов в трансформации металлов в дерново-подзолистых и серых лесных почвах при избыточном увлажнении.

3. Изучить поведение и фракционный состав соединений Fe, Mn и Cu, Ni, Co, в тундровых почвах с избыточным увлажнением вблизи предприятий цветной металлургии в Норильском промышленном районе.

4. Изучить фракционный состав и состояние ТМ при полиэлементном загрязнении дерново-подзолистых супесчаных почв, удобренных осадком сточных вод (ОСВ).

5. Исследовать влияние условий увлажнения на подвижность и фракционный состав ТМ при полиэлементном загрязнении дерново-подзолистых супесчаных почв, удобренных ОСВ.

6. Изучить влияние различных мелиорантов (извести, торфа, навоза и цеолита) на подвижность соединений ТМ при полиэлементном загрязнении дерново-подзолистых супесчаных почв, удобренных ОСВ.

7. Оценить скорость самоочищения дерново-подзолистых супесчаных почв, удобренных ОСВ почв в результате миграции ТМ в сопредельные среды.

Научная новизна. Получены новые данные о состоянии и трансформации соединений Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Pb, Cd и Zn в почвах с избыточным увлажнением. Впервые проведена оценка влияния различных источников органического вещества на развитие окислительно-восстановительных процессов и трансформацию соединений Fe, Mn, Ni, Co, в переувлажненных почвах. Впервые экспериментально показана и теоретически обоснована специфика отношения различных металлов к условиям увлажнения почв.

Впервые показана роль соединений Fe и Mn в трансформации соединений Cu, Ni и Co, в тундровых почвах вблизи предприятий ГМК «Норильский никель».

Впервые установлены закономерности распределения, подвижности и фракционного состава соединений ТМ в почвах при внесении ОСВ. Определено влияние условий увлажнения на трансформацию ТМ в почвах с ОСВ, а также экспериментально установлена скорость полуудаления ТМ из пахотного горизонта дерново-подзолистых супесчаных почв.

Практическая значимость работы заключается в возможности использования экспериментальных данных при разработке теоретически обоснованной системы мероприятий для повышения устойчивости почв и растений к загрязнению их соединениями Co, Ni, Cu, Cd, Pb, и Zn. Результаты работы могут быть использованы при составлении научно обоснованного прогноза состояния этих элементов в почвах при загрязнении, избыточном увлажнении, как при сельскохозяйственном использовании, так и разработке мероприятий по охране почв.

Научные результаты исследования используются в курсе лекций по химико-аналитическому нормированию экологического состояния почв, использованы для разработки рекомендаций по применению ОСВ в качестве удобрений с целью их утилизации, а также при получении прогнозной оценки состояния ТМ и скорости самоочищения почв, загрязненных ОСВ.

Основные результаты работы поддержаны грантами ЭБР-10:2.1.8; 10:2.1.10; РФФИ: 96-04-48959-а; 96-05-65459-а; 01-04-48430-а; 01-04-48788-а.

Основные защищаемые положения:

1. Исследованные металлы подразделяются на три группы по отношению к условиям увлажнения почв:

а). Металлы, относящиеся к семейству железа, состояние которых определяется, в основном, условиями увлажнения почв, интенсивностью развития восстановительных процессов и состоянием соединений Fe, Mn, как основных сорбционных комплексов, с которыми эти элементы тесно связаны. К этой группе относятся соединения Co и Ni.

б. Металлы, состояние которых зависит от режима увлажнения почв и окислительно-восстановительных условий, тесно связаны с органическим веществом и соединениями Fe и Mn. К этой группе относятся соединения Cu и Pb.

в). Металлы, состояние которых не зависит от режима увлажнения почв и окислительно-восстановительных условий, характеризуются слабым сродством с соединениями Fe и Mn, и органическими соединениями. К этой группе относятся соединения Zn и Cd.

2. Условия увлажнения в значительной степени определяют подвижность и фракционный состав соединений Fe, Mn, Co, Ni, Cu и Pb в почвах. При увеличении увлажнения почв от 60% до 100% ПВ возрастает доля аморфных соединений Fe и Mn, а также связанных с ними соединений Co, Ni, Cu и Pb.

3. Масштабы изменения фракционного состава ТМ зависят от физико-химических свойств почв, их кислотности, количественного и качественного состава органического вещества (гуматный или фульватный). Легко доступные для микроорганизмов источники органического вещества увеличивают подвижность МЭ и ТМ при избыточном увлажнении почв.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были представлены на III Всесоюзной научной конференции «Микроорганизмы в сельском хозяйстве», Москва, 1986; IХ Всесоюзном совещании по микро-элементам, Самарканд, 1991; Московской научно-практической конференции «Использование территории Люблинских полей фильтрации», Москва, 1993; III Съезде Докучаевского общества почвоведов, Суздаль, 2000; III Международной конференции «Ground, water quality»,UK, Sheffield, 2001; I Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв», Москва, 2004; Научной конференции «Ломоносовские чтения», Москва, 2005; в Московском обществе испытателей природы, Москва, 2005; на Международной конференции, Иркутск, 2006. II Международной конференции «Современные проблемы загрязнения почв», Москва, 2007; на XVIII Менделеевском Съезде, Москва, 2007. Результаты работы доложены и обсуждены на кафедре земельных ресурсов и оценки почв и научном семинаре на факультете почвоведения МГУ.

Структура диссертации традиционна: введение, обзор литературы, объекты и методы исследования, результаты исследования и их обсуждение. Иллюстрации: 72 рисунка и 31 таблица, заключение, выводы, список литературы.

Автор выражает глубокую благодарность академику РАН Г.В. Добровольскому, профессору А.С. Яковлеву, профессору В.Д.Васильевской, профессору Т.А.Соколовой, профессору А.И. Щеглову за внимание, поддержку, критические замечания и советы.


Объекты и методы исследований

Исследование трансформации соединений Со, Fe и Mn проводили в лабораторных условиях на дерново-подзолистой среднесуглинистой слабоокультуренной (горизонт Апах, Московская область) и темно-серой лесной среднесуглинистой почвах (горизонт А1, Тульская область) при двух режимах увлажнения: 100 и 60% полной полевой влагоемкости (ПВ) в трехкратной повторности. Кобальт вносили в почву из расчета 50 мг на 1 кг воздушно-сухой почвы в виде водного раствора CoSO4. Почвы инкубировали при температуре 28С в течение 30 сут. Исследованы варианты с внесением торфа (5%) и глюкозы (1%) и вариант без добавок.

В опытах контролировали уровень влажности, рН, окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) на 1, 3, 5, 7, 10 сут инкубирования и далее - каждые 5 сут. рН и ОВП определяли потенциометрически с помощью иономера рН-150. Пробы почв для определения в них группового состава соединений Со, Fe и Mn отбирали на 7, 15, 30 сут инкубирования и из сухих образцов. Почвенные вытяжки для определения фракционного состава соединений Со, Fe и Mn подбирали с учетом прочности связи элементов с почвенными компонентами (табл. 1), на основании опыта исследований отечественных и зарубежных авторов (Зырин, 1975; Зонн, 1982; Tessier, Campbell, Bisson, 1979). Химическая характеристика почв представлена в таблице 2.

Таблица 1. Условия последовательного выделения фракций металлов из почв

Фракция соединений ТМ

Экстрагент

Условия извлечения

Почва : раствор

Время (мин) центрифугиров. при 6000 об/мин

Растворимая в воде*

Н2О

1 ч на ротаторе, центрифугирование, упаривание в 50 раз

1:10

20

Обменная

0,1 М Ca(NO3)2

1 ч на ротаторе, центрифугирование

1:10

20

Специфически адсорбирован.

CH3COONH4 с рН=4,8

1 ч на ротаторе, центрифугиров.

1:10

20

Связанная с органическим веществом

30% H2O2 2 ч при 850, затем CH3COONH4 с рН=4,8

1 ч на ротаторе, центрифугирование

1:10

20

Связанная с аморфными соединениями Fe

реактив Тамма

встряхивание на ротаторе 1 ч

1:20

20

Связанная с окристаллизован. оксидами и ги-дроксидами Fe

реактив Тамма с облучением почв. суспензии ультра-фиолетом, 2 ч

встряхивание на ротаторе 1 ч

1:20

20

Остаточная

Царская водка

Растворение в 1н HNO3

1:20

-
  1   2   3   4   5   6   7   8

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconМетодические указания по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства
Методические указания предназначены для использования в работе проектно-изыскательских станций химизации сельского хозяйства и их...

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении icon4 Экологическое образование и просвещение, деятельность общественных организаций
Ореховской возвышенности, и площадка, расположенная на заболоченном участке на берегу р. Осиновка. Содержание мышьяка немного выше...

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconПодвижные формы тяжелых металлов (Cu, Zn, Pb, Cd) в почвах геохимических ландшафтов краснодарского края

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconОценка риска здоровью детского населения при воздействии соединений тяжелых металлов в городской среде
Работа выполнена на кафедре гигиены медико-профилактического факультета гоу впо саратовский гму им. В. И. Разумовского Росздрава

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconРоль ризосферных бактерий в биогеохимической миграции тяжелых металлов, мышьяка и биофильных элементов в техногенных экосистемах
Целью наших исследований явилось изучение особенностей поведения As, Cd, Pb и элемента питания растений фосфора в системе «почва...

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении icon5. Язвенно-некротический гингивостоматит Венсана. Изменения сопр при интоксикации солями тяжелых металлов
Язвенно-некротический гингивостоматит Венсана. Изменения сопр при интоксикации солями тяжелых металлов

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconЛабораторная работа Химические свойства металлов
Цель работы. Изучение свойств s-, p-, d-элементов-металлов (Mg, Al, Fe, Zn) и их соединений

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconТрансформация структуры и электрофизических свойств оксидов переходных металлов при плазменном, лазерном и электронно-лучевом воздействиях

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconТрансформация пиридинового ядра в синтезе фотоактивных соединений (02.
Работа выполнена в лаборатории синтеза и супрамолекулярной химии фотоактивных соединений Центра фотохимии ран (г. Москва)

Трансформация соединений тяжелых металлов в почвах при увлажнении iconИнститут химии твердого тела и механохимии со ран научно-образовательный центр «Молекулярный дизайн и экологически безопасные технологии» при Новосибирском государственном университете
Научные направления конференции  нанотехнологии и наноматериалы на основе серебра, висмута, других металлов и их соединений, свойства...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница