Титульный лист и исполнители
Реферат
Отчет промежуточный итоговый содержит 107 страниц, 7 рисунков, 11 таблиц, 108 источников литературы, 13 приложений.
ФИТОРЕМЕДИАЦИЯ, ОРГАНИЧЕСКОЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, АГРОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПОЧВЫ, ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ, ГЕПЕРАККУМУЛЯЦИЯ, РАСТЕНИЯ.
Настоящий проект направлен на разработку основных элементов технологии фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения предназначенных для органического земледелия.Данные исследования отвечают приоритетам Стратегии научно-технологического развития России, утвержденной Указом Президента РФ №642 от 01 декабря 2016 года, Указу Президента РФ № 350 от 21 июля 2016 года «О мерах по реализации государственной научно-технической политики в интересах развития сельского хозяйства».
В ходе исследований проведен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках данного проекта; разработана программа исследований, подобраны соответствующие методики, составлена схема опыта научных исследований; проведены опыты в лабораторных и полевых условиях.
На отчетном этапе решены все поставленные научные задачи. В результате анализа доступных литературных источников даны описания основных понятий, установлены основные требования, предъявляемые к почвам для ведения органического сельского хозяйства, изучено видовое разнообразие растений-фиторемедиаторов и возможности их использования в условиях Кемеровской области, проанализированы результаты лабораторных и полевых опытов и выявлен фиторемедиационный потенциал сорных, декоративных и культурных растений в отношении тяжелых металлов (цинк, свинец, медь, мышьяк), находящихся в почве. Разработаны рекомендации по использованию растений-гипераккумуляторов для снижения концентрации тяжелых металлов в почвах сельскохозяйственного назначения.
Результаты исследований представлены на международных и национальных научно-практических конференциях.
Определения
В настоящем отчете о НИР применяют следующие термины с соответствующими определениями:
Агрофизические показатели почв –комплекс свойств почвы, характеризующих гранулометрический, минералогический состав, структуру, плотность, порозность, воздухо- и влагоемкость, а также агротехнологические параметры почв. Агрофизические показатели плодородия являются основой создания оптимальных условий водного, воздушного, теплового и питательного режимов для жизни растений. Агрофизические показатели, за исключением гранулометрического и минералогического составов, отличаются своей динамичностью в течение вегетационного периода, затрудняя их воспроизводство.
Агрохимические показатели почв – показатели обеспеченности почвы основными элементами минерального питания, которые определяют ее плодородие и могут внести значительный вклад в получение качественного и количественного урожая.
Агротехнические мероприятия– совокупность научно обоснованных приемов обработки почв в целях воспроизводства плодородия земель сельскохозяйственного назначения.
Антропогенная нагрузка– степень воздействия человека, его деятельности на природу
Вегетационный период – время, в течение которого растение проходит полный цикл развития от начала появления всходов до созревания.
Гербициды– химические вещества, применяемые для уничтожения растительности.
Гипераккумулятор – любое растение, которое может накапливать большое количество микроэлементов из окружающей среды, и, таким образом, может использоваться для фиторемедиации или фитоминирования.
Гипераккумуляция– аномально высокое накопление микроэлементов растением из окружающей среды.
Норма высева – количество всхожих семян или их масса с учетом посевной годности, высеваемых на 1 га, обеспечивающая нормальные по густоте всходы и хорошую урожайность. Выражается числом всхожих семян (млн, тыс. шт.) и массой семян (кг, ц) на 1 га.
Органическоеземледелие(ОЗ), (природное земледелие, биологическоеземледелие, точноеземледелие) – этометод ведения сельского хозяйства, который исключает применение пестицидов, гербицидов, химических удобрений, различных регуляторов роста растений, а также генномодифицированного посевного материала.
Пестициды – химические средства, используемые для борьбы свредителями и болезнями растений, а также с различными паразитами, сорняками, вредителями зерна и зернопродуктов, древесины, изделий из хлопка, шерсти, кожи, с эктопаразитами домашних животных, а также с переносчиками опасных заболеваний человека и животных.
Тяжелые металлы – группа химических элементовсосвойствамиметаллов(втомчислеи полуметаллы) изначительным атомным весомлибоплотностью.
Фенологическая фаза – фазыонтогенетического развития растений, фиксируемыепоморфологическимпризнакам.
Фиторемедиация– комплекс методов очистки сточных вод, грунтов и атмосферного воздуха с использованием зеленых растений. Одно из направлений более общего метода биоремедиации.
Обозначения и сокращения
В настоящем отчете о НИР применяют следующие обозначения и сокращения:
ГОСТ Р – национальный (государственный) стандарт России
ГН – гигиенические нормативы
РФ – Российская Федерация
СанПиН – санитарные (санитарно-эпидемиологические) правила и нормы
ТМ – тяжелые металлы
ИТМ – ионы тяжелых металлов
ОЗ – органическое земледелие
ПДК – предельно-допустимая концентрация
ОДК – ориентировочно-допустимая концентрация
МДУ – максимально-допустимый уровень
Кбп – коэффициент биологического поглощения
Как – коэффициент аккумуляции
Нормативные ссылки
В настоящем отчете о НИР применяют следующие нормативные ссылки:
–Межгосударственный стандарт ГОСТ 33980-2016. Продукция органического производства. Правила производства, переработки, маркировки и реализации.
– Определение подвижности фосфора и обменного калия по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО, ГОСТ Р 54650-2011.
– Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа, ГОСТ 17.4.4.02-2017.
– Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве, ГН 2.1.7.2041–06 2006.
– Почвы. Методы определения органического вещества, ГОСТ 26213-91.
– Почвы. Определение нитратов ионометрическим методом, ГОСТ 26951-86.
– Почвы. Методы определения общего азота, ГОСТ 26107-84.
– Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее рН по методу ЦИНАО, ГОСТ 26483-85.
– Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО, ГОСТ 26483-85.
– Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы, СанПиН 2.1.7.1287-03.
– Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия,ГОСТ Р 52325-2005.
– Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести, ГОСТ 12038-84.
– Семена цветочных культур. Методы определения всхожести и энергии прорастания,ГОСТ 24933.2-81.
– Методика выполнения измерений содержания металлов в твердых объектах (почва, компосты, кеки, осадки сточных вод, пробы растительного происхождения) методам спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой, ПНД Ф 16.1:2.3:3.11-98.
– ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.
– ГН 2.1.7.2041–06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве.
–МУ 2.1.7.1185-03. 2.1.7. Почва. Очистка населенных мест. Отходы производства и потребления. Санитарная охрана почвы. Сбор, транспортирование, захоронение асбестсодержащих отходов.
Введение
В настоящее время всё большее количество фермеров переходят на органическое производство. Это связано с тем, что в долгосрочной перспективе бережливое отношение к природе показывает лучшие результаты, а также всё большее количество потребителей задумывается о том, что они едят и хотят покупать более качественные продукты.
Органическое земледелие – это самый экологичный на сегодняшний день способ выращивания урожая в современной аграрной промышленности. Отличительной особенностью методики является полный отказ от использования пестицидов и отсутствие отвальной вспашки земли. Таким образом, данный метод противоречит традиционному методу земледелия. Основополагающий принцип органического земледелия – не нарушать естественный биологические процессы природы.
В связи с этим уже существуют нормативные документы, регламентирующие деятельность по производству органической продукции, а также выдвигаются законодательные инициативы, принятие которых даст большой толчок развития органического земледелия в России.
Органическое сельское хозяйство – производственная система, которая улучшает экосистему, сохраняет и улучшает плодородие почвы, защищает здоровье человека и, принимая во внимание местные условия и опираясь на экологические циклы, сохраняет биологическое разнообразие, не использует вещества, способные нанести вред окружающей среде.
Органическое сельское хозяйство стало стимулом для развития близкой по целям биологизации земледелия. В 2018 году произошел резкий скачок активности предприятий АПК, занимающихся проблемами производства биоудобрений, биологических средств защиты растений и технологий повышения и сохранения почвенного плодородия.
Сохранение естественного плодородия почвы, осуществление экосистемного подхода и получение экологически чистой продукции – основные цели, которые ставит перед собой органическое сельское хозяйство.
В настоящий момент не все пахотные почвы сельхозугодий пригодны для ведения органического земледелия. Многолетнее и неконтролируемое использование инсектицидов, гербицидов и удобрений привели к накоплению в почве различных загрязняющих веществ, таких как тяжелые металлы, бенз(а)пирен, нефтепродукты и т.д.
В связи с этим возникает необходимость проведения ряда мероприятий, направленных на очистку почв и приведение их в соответствие с требованиями, предъявляемыми СанПиН 2.1.7.1287-03.
Из всех известных на сегодняшний день вариантов ремедиации почв наиболее соответствующим концепции органического земледелия на наш взгляд является метод фиторемедиация, в основе которой лежит гиперак-кумулятивная способность растений извлекать из субстрата вредные элементы. Имеющиеся в литературе данные о фиторемедиационном потенциале различных культур неоднозначны, а порой и противоречивы.
В связи с этим целью исследования явилась разработка и апробация технологии фиторемедиации сельскохозяйственных земель с целью их последующего использования в органическом земледелии
Содержание и задачи работ:
– провести анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации и других материалов, относящихся к разрабатываемой теме;
– изучить видовое разнообразие растений-фиторемедиаторов и возможности их использования в условиях Кемеровской области;
– изучить агрохимические показатели почв сельскохозяйственного назначения предназначенные для органического земледелия;
– отобрать виды растений для проведения фиторемедиации в конкретных условиях;
– разработать программу проведения исследований в рамках полевого опыта по проведению фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения предназначенных для органического земледелия;
– провести полевой опыт, выявить влияние различных видов растений гипераккумуляторов на агрохимические показатели почв, оценить результативность работы по фиторемедиации;
– разработать рекомендации по технологии фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения, предназначенных для органического земледелия.
Объект исследования: технология фиторемедиации.
Предмет исследований: фиторемедиация сельскохозяйственных земель с целью их последующего использования в органическом земледелии.
Научная гипотеза: применение растений-фиторемедиаторов позволит улучшить агрохимические показатели почв сельскохозяйственного назначения и сократить период перехода к органическому земледелию в условиях лесостепной зоны Кузнецкой котловины.
ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Органическое земледелие и почвенная экосистема
Органическое земледелие – это форма ведения сельского хозяйства, основанного на принципах экосистемного подхода и сознательной минимизации использования удобрений, пестицидов, регуляторов роста растений синтетического происхождения.
Целью органического сельского хозяйства является создание условий для повышения устойчивости агроэкосистемы при удовлетворении материальных и духовных потребностей человека, обеспечивая сохранение или улучшение качества окружающей среды и защиту природных ресурсов для будущих поколений.
Органическое земледелие использует методы, которые применяются при ведении устойчивого сельского хозяйства. К ним относятся совмещение культур, севооборот, мульчирование, объединение растениеводства и животноводства.
Для успешного ведения органического земледелия и получения стабильного урожая требуются знания о функционировании природных процессов и способах управления ими (Семенов, 2016).
В настоящее время почву рассматривают как биокосную систему, которая возникла и поддерживается благодаря непрерывному взаимодействию экотопа и биоты (Глинушкин, 2016). Как любая биологическая система почва является открытой, целостной, эмерджентной. Роль почвы огромна. Во-первых почва выступает буферной системой в отношении различных стрессоров; во-вторых – она является экосисистемным барьером в отношении природных и ксенобиотических поллютантов; в-третьих, непрерывно обеспечивает питательными веществами и влагой растения и почвенные организмы, служит источником и стоком биоразнообразия, воспроизводит и поддерживает в активном состоянии генофонд и уникальнейшее разнообразие геобионтов суши.
Многие исследователи считают правомерными и применимыми для описания функционирования почвенной экосистемы таких биологических и экологических характеристик, как здоровье и/или патология, а также восстановление (ремедиация) и лечение (терапия). Под понятием «здоровье» почвы в работах Н. Ferris (2015) понимается состояние динамики активности биотического компонента в органоминеральном комплексе, а также ее устойчивость к нарушающим воздействиям биотических и абиотических стрессоров, замкнутость циклов биофильных элементов и микроорганизмов.
В последние годы в Российской Федерации (РФ) большое внимание уделяется вопросам экологизации земледелия и рационального использования почвенного ресурса. В общей форме требования к сбережению почвы и других природных ресурсов страны декларированы Национальной стратегией устойчивого развития России, утвержденной Государственной Думой РФ (Об утверждении…, 2020).
В органическом земледелии первостепенная роль принадлежит именно «здоровой» почве (Doran, 1996, 2000), которая, функционируя неопределённо долгое время, может поддерживать продуктивность геобионтов, качество воды, воздуха и продукции, обеспечивая тем самым здоровье растений, животных и человека (Воронцов, 2004; Графская, 1998).
Согласно современным данным интенсивное земледелие является причиной снижения почвенного плодородия вследствие сокращения или полной утраты в ней органического вещества, биоцидное действие некоторых пестицидов приводит к снижению видового разнообразия почвенной биоты. А монокультурный подход при ведении сельского хозяйства приводит в свою очередь к экспансии фитопатогенов, фитофагов и некоторых сорняков, а зачастую приобретает характер эпидемий и инвазий (Вихман, 2011).
На сегодняшний день Международная организация органического земледелия (IFOAM) рассматривает органическое земледелие как систему производства, в основе которого лежит комплексный подход к сохранению плодородия и биологического разнообразия почвы, поддержание ее «здоровья» и оптимального функционирования, а также полный отказ от использования агрохимикатов и генетически модифицированных объектов и повышение естественной конкурентоспособности используемых в сельском хозяйстве культур к фитофагам, фитопатогенам и сорнякам (Союз …, 2018).
Результаты многолетних исследований показывают, что органическое земледелие способствует восстановлению и повышению концентрации органического вещества в почве (Сухов, 2004), положительно влияет на концентрацию легкодоступных и валовых форм азота и таксономическое и функциональное почвенное биоразнообразие (Яковлев, 2001), приводит к улучшению механической структуры почвы и способствует развитию почвенной мезофауны (Buyer, 1996). Также найдены данные о влиянии органического земледелия на увеличение видового разнообразия почвенной биоты, повышение доли микробной биомассы и ее активности в основном за счет увеличения численности азотфиксирующих бактерий и микоризных грибов (Семенов, 2001; Глинушкин, 2013).
Переход от интенсивного к органическому земледелию сопровождается разработкой новых технологий, внедрение которых происходит поэтапно (Janvier, 2007). Наиболее заметным шагом является применение агротехнологии «low input», в основе которой лежит пониженное внесение или ограниченное применение минеральных и органических удобрений (Müder, 2002, Schjünning, 2002). Внедрение системы органического земледелия происходит во-первых, только по истечении 5-6 лет (срок переходного периода), а во-вторых, только в том случае, если строго соблюдались его основные принципы и правила IFOAM (Соколов, 1993,1994).
Для поддержания почвенного плодородия и сохранения биоразнообразия почвенной микробиоты чаще всего прибегают к использованию севооборотов, посев симбиотрофных культур и культур-супрессоров, которые в первом случае способствуют повышению разнообразия азотфиксирующей микробиоты, а во втором подавляют развитие корневой гнили и других почвенных болезней (Минаева, 2018).
В последние годы в практике органического земледелия используются смешанные посевы, так называемая «мозаика сортов», которые с одной стороны могут различаться устойчивостью к фитопатогенам и фитофагам, а с другой оказывать положительное аллелопатическое влияние друг на друга. Для повышения устойчивости растений к фитофагам и фитопатогенам также применяются водные экстракты растений, компостов, «супрессивных почв» (VanBrüggen, 2000; 2015).
Эффективны отселектированные натуральные микробные сообщества (МС), получаемые из почв со стабильными супрессирующими свойствами. Для их селекции предложена непрерывная проточная конструкция, обеспечивающая получение МС супрессоров применительно к конкретным фитопатогенам (Garbeva, 2004; Tamm, 2016).
Таким образом, органическое земледелие – это особая, наукоёмкая технологическая система земледелия, в основе которой лежит экосистемный подход в отношении почвенной экосистемы, традиционными характеристиками которой являются качество почвы и почвенное плодородие, которые выступают составляющими ее «здоровья» (Демиденко, 2019; Семенов, 2017).
1.2 Показатели пригодности земель для органического сельского хозяйства
Требования к органическому производству установлены в Межгосударственном стандарте ГОСТ 33980-2016, согласно которому производственное подразделение, на котором осуществляют производство органической продукции, должно быть расположено вдали от источников загрязнения окружающей среды, объектов промышленной деятельности, территорий интенсивного ведения сельского хозяйства. Производственное подразделение, предназначенное для ведения органического растениеводства, животноводства, пчеловодства, а также органического выращивания, разведения, содержания объектов аквакультуры, должно быть четко отделено от любых других производственных объектов, не отвечающих требованиям настоящего стандарта. Для ограничения попадания загрязняющих веществ с территорий, прилегающих к производственному подразделению, на котором осуществляется производство органической продукции, используют в том числе такие меры, как установление барьеров и буферных зон». Более определенные требования в ГОСТ 33980-2016 отсутствуют. Конкретный радиус удаления от вредных объектов указан только для органических пасек (ГОСТ 33980, 2016).
В заявке на сертификацию указываются расположенные рядом потенциальные источники загрязнения. При наличии подозрений на возможные загрязнения могут быть назначены дополнительные лабораторные испытания, программа которых формируется органом сертификации для каждого конкретного случая.
Уровень загрязненности земель, используемых для органического сельского хозяйства, должен соответствовать уровню «допустимый» в соответствии с требованиями, предъявляемыми к почвам СанПиН 2.1.7.1287-03. Установлен стандартный перечень химических показателей для определения уровня загрязненности почвы: тяжелые металлы, 3,4-бенз(а)пирен, нефтепродукты.
Отдельно исследуется почва и на пестициды (остаточные количества). Мультипестицидный анализ обязательно делается при запросе на сокращение переходного периода. При обнаружении остаточных пестицидов период конверсии не может быть сокращен (Агро XXI – агропромышленный портал).
1.3 Источники загрязнения агроэкосистем. Экологическое состояние почвКемеровской области
Согласно литературным данным первоисточниками практически всех элементов в почвах, в том числе и тяжелых металлов, являются материнские породы – магматические и метаморфические. Именно из материнских пород тяжелые металлы в свое время поступили в осадочные породы, в воды мирового океана и в живые организмы.
Кроме поступления от естественных, природных источников тяжелые металлы в почвы агроценозов попадают от техногенных источников: с атмосферными выбросами предприятий, осадками сточных вод, от воздействия золоотвалов, шламо- и хвостохранилищ, с удобрениями и средствами защиты растений. (Аникович, 1982; Водяницкий, 2013).
Промышленные объекты черной и цветной металлургии, тепловые электростанции, а также транспорт являются основными источниками поступления тяжелых металлов в атмосферу (Перельман, Касимов, 1999). В осадках выпадающих, на поверхность почвы содержатся: цинк, свинец, кадмий, кобальт, медь, никель и другие элементы (Алтухова, 2010; Водяницкий, 2008). Аномалии тяжелых металлов распространяются на десятки километров. По данным литературных источников выбросы Норильского комбината обнаруживаются во мхах и травянистой растительности на расстоянии 95км к северу и представлены свинцом, кадмием, никелем, медью, цинком и хромом (Ковда,1985). При сжигании угля, нефти в атмосферу поступают металлы (хром, свинец и др.), содержащиеся в них. Выхлопные газы автомобилей дают основную массу свинца и кадмия, при износе шин в воздух попадает цинк (Алексеев, 2008).
В странах с засушливым климатом, где активно применяют орошаемое земледелие, наибольшее значение приобретает гидрогенное загрязнение почвы в агроценозах, особенно там, где для орошения применяют недостаточно очищенные сточные воды. К наиболее распространенным примерам гидрогенного загрязнения почв тяжелыми металлами относится загрязнение медью, ртутью и кадмием. Яркий пример, такого загрязнения наблюдается в Китае, в пахотных почвах, орошаемых неочищенными сточными водами, количество меди выросло с 31 до 133 мг/кг, кадмия с 0,37 до 12,1мг/кг (Водяницкий, 2013).
Удобрения и используемые в качестве удобрений отходы, помимо полезных для растений соединений содержат в себе примеси несущие потенциальную опасность. Так, в простом суперфосфате содержатся такие тяжелые металлы как Cd, Cr, Co, Cu, Pb, Ni, V и Zn (Аникович, 1982).
Из фосфорных удобрений именно простой суперфосфат, полученный из природного сырья, при систематическом внесении в почвы может привести к ее загрязнению такими тяжелыми металлами как кадмий, никель, свинец, хром и др. (Белоус, 2006). Такие тяжелые металлы как хром и стронций могут попадать в почву если в качестве удобрений используются такие отходы производства. Как зола, шлак или цементная пыль (Водяницкий Ю.Н., 2010).
Применение некоторых средств защиты растений также может служить источником поступления ксенобиотиков в почвы. Так, некоторые пестициды в своем составе содержат цинк, медь, железо, мышьяк, ртуть или свинец и могут повысить содержание свинца в почве до 500 мг/кг (Аникович, 1982).
Активное внесение удобрений, особенно минеральных, и мелиорантов влияет на характеристики почвенного раствора и, как следствие, на подвижность тяжелых металлов в почвах. Гидролитически кислые минеральные удобрения, такие как аммиачная селитра, подкисляют почвенный раствор и повышают подвижность большинства ионов тяжелых металлов. Внесение извести и органических удобрений подщелачивает почвенный раствор и снижает подвижность ионов тяжелых металлов. Так, физиологически кислые минеральные удобрения повышают подвижность кадмия и цинка в почвах, физиологически щелочные – снижают. Внесение в почву органических удобрений и извести уменьшает подвижность тяжелых металлов из почвы.
Свинец. Являясь редким металлом, свинец концентрируется в сульфидных породах. Содержащийся в земной коре, он может вымываться под воздействием атмосферных процессов и накапливаться в осадочных породах на дне океанов в составе сульфитных и сульфатных минералов. В пресной воде его содержание может достигать миллионные доли процента, а в почве – тысячные. Токсичность свинца соответствует I классу опасности (Орлов, 2005).
Мышьяк. Особенности поведения мышьяка в почвах обусловлены амфотерностью. Более 60% минералов земной коры содержащих мышьяк, содержат его в виде арсенатов, в которых он находится в высшей степени окисления в составе кислотных остатков. Внутрикомплексные соединения арсенатов с гидроксидами железа характеризуются высокой прочностью. В хорошо аэрируемых почвах мышьяк встречается в своей низшей степени окисления в составе арсенидов железа. Минералы, содержащие мышьяк, как правило, хорошо растворимы, но вследствие активной адсорбции составляющими почвенно-поглощающего комплекса подвижность его ионов невелика (Ильин, 1991; Селюкова, 2018).
Довольно распространенным является мнение о том, что основным источником мышьяка в почвах агроценозов являются средства защиты растений (Соколов, 1994). Мышьяк и его соединения по токсичности относятся к I классу опасности и относятся к ядам аккумулятивного действия. При этом мышьяк относят к условно-необходимым для живых организма, поскольку в малых дозах положительно влияет на иммунную систему и кроветворение (Лукин, 2016).
Все тяжелые металлы являются естественной составляющей природной среды, поэтому присутствуют в ней повсеместно. Антропогенная эмиссия любых контаминантов чаще всего имеет локальный характер и свою специализацию. Так, существенным источником техногенной меди являются высокотемпературные процессы, осуществляемые в цветной и черной металлургии, при сжигании минерального топлива, при обжиге цемента (Орлов, 2002). Доля техногенной меди в окружающей среде составляет примерно 75% (Водяницкий, 2008). Загрязнение почв медью происходит также в результате использования пестицидов (Листов, 1992), минеральных удобрений (Орлов, 2002).
В Российской Федерации принято оценивать опасность подвижных форм тяжелых металлов (растворимых в ацетатно-аммонийном буфере с рН 4,8), по критерию ПДКподв, а валовых форм – по критерию ПДКвал. Предельные содержания подвижных и валовых форм металлов установлены гигиеническими нормативами ГН 2.1.7.2041-06 (2013), разработанными в соответствии с Федеральным законом от 30.03.1999 N 52- ФЗ «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения» и Положением о государственном санитарно-эпидемиологическом нормировании, утвержденным постановлением Правительства Российской Федерации от 24.07.2000 N 554 с изменениями, внесенными постановлением Правительства Российской Федерации от 15.09.2005 N 569.
Гигиенические нормативы устанавливают ПДК для многих химических веществ, причем, не только для почв, задействованных в сельском хозяйстве, но и для почв, находящихся в пределах жилых, санитарных и рекреационных зон. Порядок установления ПДК предусматривает этап экспериментальных исследований, в ходе которых получают данные о воздействии токсикантов на организм человека и других живых организмов. Если по каким-то причинам в данный период времени невозможно получить ПДК токсикантов в установленном порядке, применяются ориентировочно-допустимые концентрации (ОДК), разработанные расчетным методом – ГН 2.1.7.2511-09.
Принятие системы ориентировочно допустимых концентраций токсикантов позволило получать сопоставимые данные при проведении эколого-токсикологической оценки почв в различных районах нашей страны. Наиболее низкие значения ОДК токсикантов установлены для песков и супесей, обладающих самой никой буферностью, а наиболее высокие – для глинистых и суглинистых почв с рН ˃ 5,5. Важным недостатком ПДК и ОДК при использовании их для санитарно-гигиенической оценки почв по содержанию тяжелых металлов, является то, что не учитываются источники их поступления и формы их нахождения, что преувеличивает или занижает опасность загрязнения почв токсичными веществами в зоне положительной или отрицательной геохимической аномалии (Водяницкий, 2013).
Общие закономерности образования в почвах химических соединений различных элементов, их системная организация, а также защитные функции в экосистеме достаточно подробно описаны в монографии Г.В. Мотузовой (2009).
По мнению Ильина (1991) наиболее информативным показателем, характеризующим количество и активность тяжелых металлов в почве, является уровень накопления данных элементов в растениях. На накопление тяжелых металлов в растительном материале влияет множество факторов: способность к селективному поглощению элементов и их биологическая доступность, минералогический состав и тип почв, рельеф и уровень грунтовых вод. В результате, в естественных условиях содержание тяжелых металлов в растениях варьирует в очень широких пределах (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). «На состав растительности сильное влияние оказывает геохимическая неоднородность земной коры континентов. В пределах биогеохимических аномалий все растения характеризуются повышенным содержанием рассеянных химических элементов. Имеются определенные виды растений, которые отличаются рекордно высокими концентрациями. Наличие подобных растений концентраторов говорит о том, что адаптация к произрастанию в аномальных условиях связана не только с ограничением поступления чрезмерных содержаний веществ, но и с их активным потреблением» (Улахович, 2012). Дифференцированное накопление элементов вегетативными и репродуктивными органами растений является результатом действия присущих им защитных механизмов. Действие таких механизмов было выявлено А.Л. Ковалевским (1991) более чем для 30 элементов, в числе которых такие высокотоксичные как кадмий, ртуть, мышьяк и свинец. Особенно ярко проявляется эффект дифференцированной аккумуляции различными органами растений на примере свинца: максимальное накопление его происходит в корнях, минимальное – в запасающих и репродуктивных органах. Предположительно, такой характер распределения обусловлен тем что ионы свинца в клетках большинства растений входят в состав прочных и малоподвижных органо-минеральных комплексов. И только в зонах повышенного содержания свинца (вблизи автотрасс, промышленных предприятий) его содержание может быть довольно высоким и в наземных частях растений.
В литературе есть данные о том, что на территориях, не подверженных свинцовому загрязнению содержание свинца в растениях находится в пределах от одной десятой до десяти мг/кг сухой массы. Среднее содержание Pb в зерне злаковых культур по данным польских авторов (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989) составляет около 0,5 мг/кг. По мнению Ильина (1991), свинец в растительности находится в среднем в количестве 1,2 мг/кг.
В отличие от свинца мышьяк обладает неплохой способностью перемещаться в растениях и есть данные о том, что он способен активно накапливаться в наземных частях растений, в том числе и в репродуктивных органах. При высоком содержании мышьяка в почве он максимально накапливается в корнях, корнеплодах и старых листьях. На чистых почвах содержание мышьяка в растениях меняется в пределах от тысячных долей до полутора мг/кг сухой массы. Максимальное накопление мышьяка при этом выявлено в зеленных культурах, минимальное – в фруктах (Kabata-Pendias, 2011).
Кемеровская область относится к числу регионов, в которых состояние почвенного покрова можно охарактеризовать как крайне неблагоприятное, и в первую очередь это связано с интенсивным развитием горнодобывающей и перерабатывающей промышленности, с нерациональным использованием земель в сельскохозяйственном производстве, и как следствие этого, тенденция к деградации почв, а в некоторых случаях и полное уничтожение отдельных почвенных разностей (Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области…, 2019).
«Площади эрозионно-опасных угодий в области составляют 121,6 тыс. га; подверженные дефляции — 113,3 тыс. га; подверженные проявлению совместной водной и ветровой эрозии — 102,3 тыс. га. За 30 лет в Кузбассе площади кислых почв увеличились в три раза. В целом по области площадь кислых почв составляет 1069,1 га. В таких почвах нарушаются водный, воздушный и пищевой режимы, снижается способность почвы обеспечивать благоприятные условия для нормального функционирования природных систем» (Почвенная карта Кемеровской области, 1998; Отчет «По системе регионального мониторинга …», 2000).
Повышенное содержание тяжелых металлов характерно для почв, находящихся в зонах влияния металлургических предприятий, а также предприятий, добывающих уголь и полиметаллические руды. Установлено, что чаще всего на территории области встречаются высокие концентрации таких элементов, как Cd, Cr, Ni, Co, Zn, Pb.
«Наибольшие уровни загрязнения почв характерны для зон влияния городов Новокузнецк, Киселевск, Осинники, где показатели суммарного загрязнения почв соответствуют третьему (опасному) и четвертому (чрезвычайно опасному) уровню. Повышенное количество подвижных форм меди отмечено в Крапивинском, Юргинском, Прокопьевском, Гурьевском, Новокузнецком районах. Содержание подвижного цинка в почвах Юргинского, Яшкинского, Крапивинского, Гурьевского, Прокопьевского и Новокузнецкого районов близко к предельно допустимым количествам. В этих же районах установлено повышенное количество кобальта и свинца» (Овсянникова, 2004).
Приоритетными химическими веществами, загрязняющими почву, являются бенз(а)пирен (г. Новокузнецк), сероводород (г. Кемерово), формальдегид (г. Междуреченск), цинк (г. Кемерово, г. Новокузнецк), нитраты (г. Кемерово, г. Новокузнецк, г. Киселевск), свинец (г. Новокузнецк), кадмий (г. Кемерово) (Кемеровский филиал ФБУ «Территориальный фонд геологической информации по СФО).
В 2018 году в образцах почвы, отобранных на землях сельскохозяйственного назначения, были обнаружены цинк, кадмий, никель, превышающие значение ОДК, установленное ГН 2.1.7.2511-09 «Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве». Также в ряде образцов почв был обнаружен свинец в количестве, более чем в 2 раза превышающем значение ПДК, установленное ГН 2.1.7.2041-06 «Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве» (BezFormata, 2020). В первом случае по степени загрязнения химическими веществами, в соответствии с СанПиН 2.1.7.1287–03, рассматриваемая почва относится к категории 3 «высоко опасная», а во втором – рассматриваемая почва относится к категории 2 «умеренно опасная». Разумеется, такие загрязнённые территории не рекомендуется использовать под производство сельскохозяйственной продукции, а почвы требуют проведения рекультивации.
Проведя анализ данных мониторинга почв по содержанию мышьяка в хозяйствах Кемеровской области в цикле 2010–2016 гг. авторы (Шульгин и др., 2017) пришли к выводу, что наблюдается тенденция его локализованного накопления по глубине почвенного профиля. Так в почвах отдельных участков сельскохозяйственного производственного кооператива «Береговой» Кемеровского района, крестьянско-фермерского хозяйства В.В. Хонина Топкинского района и крестьянско-фермерского хозяйства «Правда» Беловского района выявлен ежегодный прирост содержания мышьяка. Авторы предполагают, что причинами данного явления могут быть близость вышеуказанных сельскохозяйственных предприятий к автомагистрали Федерального значения, а также применением средств защиты растений, содержащих в своем составе мышьяк (Шульгин, 2017).
В 2019 году отделом агроэкологической экспертизы и мониторинга земель ФГБУ «Кемеровская МВЛ» было выявлено превышение ПДК мышьяка в 12 пробах почвы (НИА Кузбасс. Экология)
Таким образом, в Кемеровской области отмечается превышение уровня экологически допустимого воздействия на почву и существует реальная угроза её истощения и загрязнения. Установлена тенденция увеличения загрязнения земельных угодий ТМ, выявлены случаи загрязнения бенз(а)пиреном, формальдегидом, увеличиваются площади кислых почв. На землях сельскохозяйственного назначения обнаружено накопление мышьяка, цинка, кадмия, никеля, меди, свинца. В условиях перехода на органическое земледелие необходим мониторинг почв по данным показателям.
1.4 Использование растений для ремедиации почв
В настоящее время одним из перспективных направлений, связанных с решением проблем загрязнения окружающей среды в результате увеличивающегося антропогенного воздействия, является фиторемедиация, основанная на способности растений извлекать вредные вещества из окружающей среды (воздуха, воды или почвы) и аккумулировать их в своих тканях или нейтрализовывать в ходе физиологических процессов, превращая в метаболиты (Копцик, 2014).
Тема фиторемедиации является актуальной на протяжении долгих лет, а в последние годы набирает большую популярность. Фиторемедиационный потенциал и гипераккумулятивные свойства растений рассматривались многими учеными (Бакланов, 2011; Baker, 1981,1994; Baker, Brooks 1989; Jaffreet al., 1976; Jones, Hutchinson, 1986; Robinson, 1997; Kos, Leštan 2004; Moradi, 2010).
Из всех существующих методов и способов на сегодняшний день наиболее проработанными являются технологии фиторемедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами in situ (Галиулин, Галиулина, 2008; Душенков, Раскин, 2008; Копцик, 2014; Копцик и др., 2013). В литературных источниках имеется большое количество научных работ, которые так или иначе посвящены исследованиям всевозможных механизмов фиторемедиации: фитоэкстракции, фитостабилизации, фитоиспарению, ризофильтрации (Prasad, Freitas, 2003; Kucharskiet al., 2005).
В настоящее время ведется интенсивный поиск новейших видов растений-гипераккумуляторов, а так же и их подбор для решения конкретных задач. Анализ литературных источников показал, что достаточно большое количество сосудистых растений может быть эффективно использовано для восстановления нарушенных промышленных, сельскохозяйственных и городских территорий. Исследования по выявлению растений-гипераккумуляторов выявили около 400 видов покрытосеменных, способных поглощать в 50-500 раз больше тяжелых металлов, чем другие растения (Bakeretal., 2000; Prasad, Freitas, 2003). По наличию в составе видов, являющихся фиторемедиантами, лидируют следующие семейства: Asteraceae, Brassicaceae, Caryophyllaceae, Cyperaceae, Cunoniaceae, Euphorbiaceae,Fabaceae, Flacourtiaceae, Lamiaceae, Poaceae, Violaceae (Копцик и др., 2010; Копцик, 2014). Некоторые исследователи указывают в своих работах на необходимость применения местных адаптированных видов для ремедиации почв. Kucharski (2005) в своих трудах изложил результаты успешного использования Deschampsia cespitosa (L.) для фитостабилизации сильнозагрязненных Pb, Zn и Cd почв в Верхней Силезии. Результаты исследований, проведенных в России, выявили, что в качестве фиторекультивантов на техногенно нарушенных территориях возможно применять следующие виды растений: Agrostis giganteaRoth, Alopecurus arundinaceus Poiret,Festuca rubra L., Lotus corniculatus L., Phleum pratense L., Poa compressa L., P. pratensis L., Trifolium hybridum L. (Копцик и др., 1998, 2013; Вихман, 2011; Сариев, 2011 и др.). Цветков и Черкизов (1987) предлагают применять вблизи промышленных предприятий Salix caprea L., S. phylicifolia L., S. Triandra L., ссылаясь на эффективность их использования для очистки атмосферного воздуха от промышленных выбросов.
Для ремедиации водных и околоводных экосистем возможно или даже полезно использовать макрофиты, которые задерживают взвешенную и пленочную нефть, так же увеличивают поверхность контакта нефти с эпифитной микрофлорой (нефтеокисляющими бактериями) (Сариев, 2011, Свидерский, 2006).
В ходе поведения патентного поиска были выявлены способы фиторемедиации агрофитоценозов. Для очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами, используются физические, химические и биологические методы. Используются такие методы, как физическая адсорбция загрязненных почв (Орлов, 1992), добавление сорбентов-мелиорантов (Кандыба, 1997), полное удаление верхнего слоя почвы и замена его другим (Гришина, 1995) и многие другие. Общим недостатком этих методов очистки почв от тяжелых металлов является то, что они оказывают существенное влияние не только на физико-химические параметры почвы, такие как кислотность почвенного раствора, но и приводят к накоплению в нем тяжелых металлов (Графская, 1998; Гравель, 1994).
Известен способ раскисления почвы, включающий «удаление солей из почвы путем посева однолетних растений галофитов с последующим их сбором, в качестве такого однолетнего растения – галофита выступает амарант» (патент RU № 96117601). Недостатки этого способа раскисления почвы заключаются в том, что растения амаранта накапливают соли из верхнего слоя почвы в стеблях, листьях и метелках амаранта. Однако из-за строения корневой системы амаранта соли из нижележащих слоев не всасываются и поглощаются растениями амаранта. Выращивание только одного галофитного амаранта не способствует решению сложной проблемы заселения почвы.
Существуют способы, описанные в патентах RU 2424643, RU2555034, RU2729377 и многие другие. Все эти способы заключаются в то, что почвы тщательно подготавливаются, используется много специализированной техники, либо сперва в почву вносят химические элементы и др. Все эти операции ведут к серьёзному удорожанию технологии, либо очень растянуты во времени, а зачастую используются растений не пригодные к произрастанию по почвенно-климатическим условиям. Известен способ, RU2665073включающий посев на загрязненную почву семена растений из семейств сложноцветных, бобовых и злаковых в соотношении 1:1:1 в количестве 1,50-22,90 млн. шт./га с последующим их многократным скашиванием в период вегетации, высушиванием и удалением с поверхности почвы. В качестве растений фиторемедиантов высевают семена растений из семейства сложноцветных: тысячелистника обыкновенного (Achillea millefolium L.), одуванчика лекарственного (Taraxacum officinale Wigg.), полыни горькой (Artemisia absihthium L.) и бодяка полевого (Cirsium arvense (L.) Scop.), из семейства бобовых: клевера лугового (Trifolium pratense L.) и из семейства злаковых: мятлика лугового (Poa pratensis L.). Многие из этих растений являются сорными, что затрудняет их уборку и в последующим вынуждает хозяйства применять гербициды, для борьбы с ними, а это неприемлемо для полей, пригодных к органическому землепользованию.
Безусловно, для развития и практической реализации методов фиторемедиации необходимо не только проводить научные исследования, но и внедрять их результаты в осуществление природоохранной деятельности. Таким образом, восстановление городских, заброшенных и современных промышленных территорий различными методами фиторемедиации является эффективным и дешевым методом, который широко применяется в практике за рубежом, но в России использование возможностей фиторемедиации до сих пор не получило широкого распространения.
1.5 Ремедиационный потенциал разнообразия сосудистых растений Кузбасса
Современная флора Кемеровской области разнообразна и насчитывает свыше 1500 видов высших сосудистых растений. При анализе литературных данных были выявлены перспективные виды, которые могут быть использованы в качестве фиторемедиантов. Например, следующие виды сосудистых растений, произрастающих в Кемеровской области, могут быть использованы для очистки сточных вод, в том числе для удаления патогенной микрофлоры: «Alisma plantago-aquatica L., ButomusumbellatusL., Callitriche hermaphroditica L., CallapalustrisL., Persicariaamphibia (L.) S. F. Gray,Phalaroides arundinacea (L.) Rausch.,Phragmites australis(Cav.) Trin. ex Steud., Sagittaria sagittifolia L., Scirpus sylvaticus L., Spirodela polyrhiza (L.) SchleidenStratiotes aloides L.; представителиродов: Batrachium, Juncus, Myriophyllum»(Свидерский, 2006).
Среди макрофитов Кузбасса существуют виды-гипераккумуляторы, способные накапливать различные элементы и соединения. Например, Acorus calamus L. и виды рода Sparganium накапливают серу; Nuphar lutea (L.) Smith – кобальт; Potamogeton pectinatus L. – радионуклеиды. LemnaminorL. отмечена как вид аккумулирующий медь, бор, свинец, кадмий, железо, ртуть; CeratophyllumdemersumL. – цинк, медь, кадмий, свинец. Перспективными видами для фиторемедиации являются представители рода Typha, которые выступают в качестве фитостабилизаторов цинка, меди, кадмия, свинца, серы, радионуклидов, нефтепродуктов
Вид, произрастающий в Кемеровской области во влажных местах вблизи населенных пунктов IrispseudacorusL. (особенно распространен в Новокузнецком и Междуреченском районах) способен очищать воду от азотных и фосфатных соединений, тяжелых металлов. Корневище ириса может уменьшить популяцию кишечной палочки и сальмонеллы на 50-70% за 24 часа. Инвазивный вид, включенным в Черную книгу флоры Сибири (2016), является – Elodea canadensis Michx. является мощным гипераккумулятором цинка, кадмия, свинца, меди (Витязь и др., 2019)
Дляочистки почвы и воздуха, как уже говорилось выше, перспективны представители рода Salix. В частности, Salix cinerea L. и S. pentandraL. Из воздуха они способны поглощать бензол, толуол, ортоксилол, из почвы нефть, тяжелые металлы. Помимо фиторемедиационных свойств, к ним можно отнести пыле-и шумопоглощение, осуществляемое древесными и кустарниковыми насаждениями. Важно учитывать степень загрязнения и устойчивость древесных пород (Цветков, Черкизов, 1987).
«Представители древесной флоры, такие как Populus balsamifera L. аккумулирует из почвы в больших количествах нефть, ртуть, селен, бор, кадмий, цинк; Tilia sibirica Fischer ex Bayer – барий, медь, свинец, титан, цинк. Из представителей кустарников к возможным фиторемедиантам Кузбасса можно отнести: Ledum palustre L. – марганец, молибден; Vaccinium uliginosum L. и V. myrtillus L. – марганец; виды рода Rosa – нефть.
Анализ литературных данных показал, что фиторемедиаторов среди травянистых растений гораздо больше, чем среди древесных видов. Среди травянистых большинство дикорастущих гипераккумуляторов относится к семейству крестоцветных. На территории Кемеровской области потенциальными фиторемедиаторами могут являться следующие представители этого семейства: Brassica juncea (L.) Czern., которая является весьма эффективным накопителем свинца, меди, никеля кобальта, кадмия, цинка, марганца, железа, хрома, селена; Thlaspi arvense L. – свинца и никеля; Sinаpis аlbaL. – свинца, меди, кадмия, ртути, цинка, Sinapis arvensis L. – цинка, меди, свинца, кобальта. Среди злаковых, способных выступать в качестве фиторемедиаторов, можно отметить следующие местные виды: Calamagrostis epigeios L. – тяжелые металлы, особенно он эффективен в отношении никеля; Festuca arundinaceae Schreb. – свинец, кадмий, цинк; F. rubra L. – сырая нефть, дизельное топливо; Deschampsia cespitosa (L.) P. Beauv. – свинец, кадмий, цинк. Из сложноцветных:ArtemisiavulgarisL. и Taraxacum officinale Wigg. – тяжелые металлы; Rhaponticum carthamoides (Willd.) Iljin – железо; Gnaphalium uliginosum L. – медь, железо, хром, кадмий;Cichorium intybus L. –свинец. Из бобовых: Trifolium pratense L. – радионуклиды (стронций-90); Medicado sativa L. – бензол, антрацен, α-пирен, нафталин, медь, цинк; Medicago falcata L. – бензол, антрацен, α-пирен, нафталин, медь, цинк. Из других семейств: HyoscyamusnigerL. – литий; Polygonum aviculare L., Mentha x piperita L. и Urtica dioica L.–молибден;Potentillaerecta (L.) Raeuschel – медь, марганец;LeonurustataricusL. – никель; ComarumpalustreL. – литий;TrientaliseuropaeaL. – свинец;PolemoniumcaeruleumL.– железо» (Шереметова и др., 2020).
Таким образом, на данном этапе исследований можно установить, что «флора Кемеровской области богата видами, обладающими рекультивационными свойствами. На чистую воду могут действовать 20 видов макрофитов и 4 вида в качестве потенциальной фиторемедианы. Видов, которые могут выполнять очистку почвы-36 (2 вида шиповника), воздуха (без учета аспектов шумопоглощения и пыли) – 4вида. Хотя фиторемедиационный потенциал флоры Кузбасса уже на первом аналитическом этапе впечатляет, для решения экологических проблем необходим дальнейший научный поиск и переход к экспериментам и поиску новых перспективных ценных видов» (Шереметова и др., 2020).
В то же время для фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения одним из главных критериев помимо аккумулирующих возможностей растений в отношении загрязнителей являются такие как обеспеченность посевным материалом и простота в технологиях возделывания используемых для растений.
ГЛАВА 2 определение фиторемедиационного потенциала в условиях лабораторного опыта
2.1 Материалы и методы исследования
Для лабораторных исследований в первой декаде апреля 2020г. были отобраны почвы с территории земель сельскохозяйственного назначения, которые определены для последующего их использования в органическом земледелии. Пробы почвы брали из пахотного горизонта. Отбор проб почвы проводился методом конверта в соответствии с ГОСТ 17.4.4.02-2017. Перед использованием в лабораторных условиях почвы были подвергнуты агрохимическому анализу и анализу на содержание ионов ТМ.
Анализ результатов показал, что используемые в лабораторных условиях почвы – это чернозем выщелоченный среднемощный тяжелосуглинистый. Содержание гумуса в верхнем 0-20 см слое составляет 9,13% (высокое). Обеспеченность азотом (нитратная форма) – низкая. Почва имеет повышенное содержание подвижного фосфора и обменного калия. Реакция почвенного раствора рНсол–5,7 (близкая к нейтральной) (табл. 2.1).
Таблица 2.1 – Агрохимические показатели почв, предназначенных для лабораторных исследований
Анализ результатов ионов ТМ почв, используемых в лабораторном опыте, показал (табл. 2.2), что, во-первых, содержание подвижных форм ТМ в исследованной почве составляет от 0,7 до 5% от валового и существенно ниже ПДК (в 20-26 раз); во-вторых, валовое содержание мышьяка, свинца и цинка несколько выше кларка по Виноградову, но существенно ниже ОДК для почв, близким к нейтральным (10,0 мг/кг), к которым относится данный грунт.
Таблица 2.2– Содержание ионов тяжелых металлов (ИТМ)почв, предназначенных для лабораторных исследований в сравнении с кларком и ОДК/ПДК (мг/кг)
| ТМ | Кларк
в почвах мира, мг/кг |
ОДК вал / ПДК подв, мг/кг | Содержание ТМ в почве опытного участка, мг/кг | |||
| по Виноградову (1962) | по А. Кабата-Пендиас (1989) | Валовое содержание | Подвижные формы | Валовое | Подвижные формы | |
| As | 5,0 | 6,83 | 10,0 | — | 6,8±3,4* | 0,34±0,14 |
| Pb | 10,0 | 27,0 | 130 | 6,0 | 13,6±2,9 | 0,14±0,03 |
| Zn | 50,0 | 58,0 | 220 | 23,0 | 59±10,0 | 0,86±0,24 |
| Cu | 20,0 | 26,0 | 132 | 3,0 | 19,9±4,0 | 0,14±0,03 |
| *Показатели точности (±∆л при Р=0,95) | ||||||
Согласно более современным данным о значениях кларков металлов в почвах по Кабата-Пендиас (1989), содержание всех элементов, взятых для исследования с опытного участка, не превышает фоновое.
На основании проведенного литературного анализа о фиторемедиационных возможностях сосудистых растений, тестовыми культурами служили высшие растения (ВР): фацелия пижмолистная (Phacelia tanacetifólia), горчица белая (Sinapis alba L.) и смесь злаковых трав, состоящая из овсяницы красной 40% (Festuca rubra L.), райграса пастбищного 50% (Lolium Perenne L.) и мятлика лугового 10% (Poa pratensis L.). В качестве критериев при выборе культур для данного исследования использовались такие, каквысокая экологическая пластичность и морфологическая изменчивость генеративных и вегетативных органов, доступность посевного материала для широкого использования сельхозпроизводителями и простота в технологии возделывания.
В лабораторном опыте загрязняющими веществами выступали растворы сульфатов меди, цинка и нитрата свинца с разными концентрациями катионов ТМ в почве: 2 и 10 ПДК (для меди ПДК=3мг/кг почвы, для свинца ПДК=32мг/кг почвы, для цинка 23мг/кг почвы) (п. 2.1.1).
В силу объективных причин соли мышьяка приобрести не удалось, поэтому лабораторное исследование аккумулятивных возможностей растений проводилось только по отношению к фоновому содержанию этого элемента в почве, без дополнительного внесения его соединений.
Подготовку почв и растений при контроле в них ионов тяжелых металлов (ИТМ) проводили в соответствии с (Линдиман,2008).Готовили растворы солей поллютантов необходимой концентрации (см. п. Приготовление рабочих растворов солей тяжелых металлов).В пластиковые емкости 20х30х10см помещали по 1 кг почвы. В каждую емкость после тщательного увлажнения почвы, согласно схеме опыта (п. 2.1.1) добавляли по 50 мл раствора ТМ.
Перед посевом у семян определялся биоэнергетический потенциал (п.2.1.2). Семена высеивали на глубину 1-2 см. Повторные поливы производили через 1-2 дня, по мере просыхания почвы. Дополнительного освещения растений не проводили.
Лабораторный этап исследования был выполнен в период с 15.04.2020 по 15.05.2020 в условиях лаборатории кафедры ландшафтной архитектуры Кузбасской ГСХА.
Контроль содержания ионов ТМ в почве и фитомассе растений осуществляли через 30 дней после посева. Анализ проб почвы и растительного материала лабораторного этапа исследования выполнен в лаборатории борьбы с пылью и пылевзрывозащиты АО «НЦ ВостНИИ», г. Кемерово. Содержание тяжелых металлов в пробах почвы и растительного материала определялось методом атомно-эмиссионного спектрального анализа при помощи спектрометра эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой OPTIMA модель 2100 DV. Концентрация ионов водорода (рН сол) – потенциометрическим методом при помощи анализатора жидкости многопараметрического ЭКОТЕСТ− 2000Т. Протоколы измерений представлены в приложении.
2.1.1 Приготовление рабочих растворов солей тяжелых металлов
Выбор солей для приготовления рабочих растворов и концентрации растворенных веществ были обусловлены задачами исследования и предельно допустимыми концентрациями ионов тяжелых металлов в почве (табл. 2.3).
Таблица 2.3– Предельно допустимые концентрации химических веществ в почве
| №
п/п |
Наименование элемента | Формула | Кларк
в почвах мира (по Виноградову), мг/кг |
Класс опасности | Величина ОДК (валовое содержание)* мг/кг | Величина ПДК (подвижные формы)** мг/кг | Лимитирующий
показатель вредности |
| с учетом фона (кларка) | |||||||
| 1 | Мышьяк | As | 5,0 | I | 2,0-10,0 | — | Транслокационный |
| 2 | Свинец | Pb | 10,0 | I | 130 | 32,0 | Общесанитарный |
| 3 | Цинк | Zn | 50,0 | I | 220 | 23,0 | Транслокационный |
| 4 | Медь | Сu | 20,0 | II | 132 | 3,0 | Общесанитарный |
*ГН 2.1.7.2511-09 Ориентировочно допустимые концентрации (ОДК) химических веществ в почве.** ГН 2.1.7.2041–06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве. МУ 2.1.7.1185-03. 2.1.7. Почва. Очистка населенных мест. Отходы производства и потребления. Санитарная охрана почвы. Сбор, транспортирование, захоронение асбестсодержащих отходов. |
|||||||
Для приготовления рабочих растворов использовали следующие реактивы, вспомогательные материалы и оборудование:
- Цинк сернокислый 7-миводный, чистый, ГОСТ 4174-77
- Медь сернокислая 5-тиводный, чистый, ГОСТ 4185-78
- Свинец азотнокислый безводный, чистый, ГОСТ 4236-77
- Вода дистиллированная
- Весы аналитические Ohaus
- Посуда измерительная лабораторная
Расчет концентраций рабочих растворов проведен исходя из поставленной задачи: приготовить растворы солей для внесения их в почву, с целью создания в ней среды с повышенным содержанием (2 ПДК и 10 ПДК) по ионам соответствующих тяжелых металлов (табл. 2.4).
Таблица 2.4 – Приготовление рабочих растворов солей тяжелых металлов
| Показатели | Рабочие растворы ТМ | |||||
| Zn2+ | Cu2+ | Pb2+ | ||||
| Значение ПДК в почве, мг/кг | 23,0 | 3,0 | 32,0 | |||
| Кратность ПДК | 2 ПДК | 10 ПДК | 2 ПДК | 10 ПДК | 2 ПДК | 10 ПДК |
| Исходная соль | ZnSO4*7H2O | CuSO4*5H2O | PbNO3 | |||
| Масса соли, г/л | 4,00 | 20,20 | 0,46 | 2,34 | 3,14 | 15,68 |
| Концентрация иона, г/л | 0,92 | 4,6 | 0,12 | 0,60 | 1,28 | 6,4 |
| Объем рабочего раствора для внесения в почву, мл/кг | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 | 50,0 |
При закладке опыта в каждом варианте по всем повторениям в почву вносили по 50 мл/кг рабочего раствора соответствующего иона с заданной кратностью ПДК.
2.1.2 Методика изучения биоэнергетического потенциалапосевного материала
Оценка биоэнергетического потенциала включает определение энергии прорастания и лабораторной всхожести семян. Данные исследования посевного материала проводились в соответствии с ГОСТ 12038-84 «Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести»; ГОСТ Р 52325-2005 «Семена сельскохозяйственных растений. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия». Семена, предназначенные для посева, должны соответствовать первому или второму классу качества.
2.1.3 Методы определения тяжелых металлов в почве и растительном материале
Определение тяжелых металлов в почве и растительном материале проводили в условиях лаборатории борьбы с пылью и пылевзрывозащиты АО «НЦ ВостНИИ» г. Кемерово, аттестат акредитации №RA.RU.21ЭМ21 от 08.08.2017 (Приложение 2). Протоколы испытаний представлены в приложениях 3-8.
Содержание тяжелых металлов в пробах почвы и растительном материале определялось методом атомно-эмиссионного спектрального анализа при помощи спектрометра эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой OPTIMA модель 2100 DV.
Для расчета коэффициента аккумуляции (Как) брали отношение концентрации элемента в почве на начало опыта к его концентрации в конце опыта.
Для выявления избирательности поглощения химических элементов растениями применялся коэффициент биологического поглощения (Кбп), представляющий собой частное от деления количества элементов в золе растений на его валовое содержание в почве.
2.1.4 Методы определения агрохимических показателей почвы
Агрохимический анализ почв проводился в условиях научно-исследовательской лаборатории «Агроэкология» ФГБОУ ВО Кузбасская ГСХА. Определялись следующие показатели: массовая доля органического вещества (%), массовая доля нитратного азота (мг/кг почвы), рН сол., массовая доля подвижного фосфора (мгP2O5/кг почвы), массовая доля общего азота (%), массовая доля обменного калия (К2О мг/кг почвы).
Концентрация ионов водорода (рН сол) определялась ионометрически по методу ЦИНАО (ГОСТ 26483-85), содержание гумуса определялось по методу Тюрина в модификации цинао (ГОСТ 26213-91), массовая доля обменного калия и подвижного доля нитратного азота – ионометрическим методом (ГОСТ 26951-86), массовая фосфора – по методу Кирсанова в модификации ЦИНАО (ГОСТ Р 54650-2011), массовая доля общего азота – титриметрическим методом (ГОСТ 26107-84).
2.1.5 Математическая обработка результатов
Полученный материал был обработан на персональном компьютере с помощью пакета прикладных программ «Statistica» (Лакин, 1980). Для каждого изучаемого параметра вычислялись среднее значение, ошибка репрезентативности средней. Достоверность различия содержания ИТМ в почве и растительном материале определяли по критерию Стьюдента.
2.2 Схема лабораторного опыта
Для изучения фиторемедиационного потенциала исследуемых культур (фацелии, горчицы, бархатцев и газонной смеси) с целью разработки технологии фиторемедиции сельскохозяйственных земель с целью их последующего использования в органическом земледелиибыли заложены следующие варианты лабораторного опыта(табл. 2.5):
1 вариант (контроль) – без внесения ТМ, на естественном фоне;
2 вариант – вносили ИТМ Сuв концентрации 2 ПДК;
3 вариант –вносили ИТМ Сuв концентрации 10 ПДК;
4 вариант – вносили ИТМ Pbв концентрации 2 ПДК;
5 вариант –вносили ИТМ Pbв концентрации 10 ПДК;
6 вариант – вносили ИТМ Znв концентрации 2 ПДК;
7 вариант –вносили ИТМ Znв концентрации 10 ПДК.
Таблица 2.5– Схема опыта
| №варианта | Культуры | ||||
| 1 | Контроль | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
| 2 | Сu 2 ПДК | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
| 3 | Сu 10 ПДК | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
| 4 | Pb 2 ПДК | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
| 5 | Pb 10 ПДК | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
| 6 | Zn 2 ПДК | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
| 7 | Zn 10 ПДК | Горчица | Фацелия | Бархатцы | Смесь злаковых трав |
Повторность опыта трехкратная. Объем почвы под каждый вариант составлял 1 кг. Размер пластиковых контейнеров 20х30х10 см.
2.3 Результаты определения биоэнергетического потенциала посевного материала
Необходимым условием для определения биоэнергетического потенциала качества посадочного материала является его проверка на предмет всхожести и энергии прорастания семян. Данные показатели характеризуют способность семян давать в полевых условиях дружные и ровные всходы, а значит, хорошую выровненность и выживаемость растений. Для изучения биоэнергетического потенциала отбиралось по 100 семян каждой исследуемой культуры. Семена помещались в соответствующие условия. Энергия прорастания и лабораторная всхожесть определялись в соответствии с ГОСТ 12038 – 84 и ГОСТ 24933.2-81. Посевные качества семенного материала определялись и в соответствии с ГОСТ Р 52325-2005.
Результаты изучения биоэнергетического потенциала семян изучаемых культур представлены в таблице 2.6.
Таблица 2.6 – Биоэнергетический потенциал посевного материала
| Вариант | Период определения показателя, сутки | Энергия
прорастания, % |
Лабораторная
всхожесть, % |
|
| Энергии
прорастания |
Лабораторная
всхожесть |
|||
| Фацелия | 4 | 10 | 62±1,2 | 73±3,5 |
| Горчица белая | 3 | 6 | 76±2,1 | 85±2,6 |
| Бархатцы | 3 | 7 | 56±3,2 | 83±1,9 |
Продолжение таблицы 2.6
| Вариант | Период определения показателя, сутки | Энергия
прорастания, % |
Лабораторная
всхожесть, % |
|
| Энергии
прорастания |
Лабораторная
всхожесть |
|||
| Овсяница красная | 7 | 14 | 58±2,5 | 69±3,4 |
| Мятлик луговой | 7 | 21 | 61±2,7 | 71±2,5 |
| Райграс пастбищный | 5 | 10 | 60±3,1 | 72±2,8 |
Анализ результатов показал, что энергия прорастания и лабораторная всхожесть семян у изучаемых культур варьировала в пределах 46-76% и 69-85% соответственно.Наибольшая лабораторная всхожесть семян была отмечена у Sinapis alba L., наименьшая – у Festuca rubra L.Полученные результаты свидетельствуют о том, что посевной материал обладает высоким биоэнергетическим потенциалом согласно ГОСТ Р 52325-2005Семена лекарственных и ароматических культур. Сортовые и посевные качества. Технические условия.
2.4 Результаты определения фиторемедиационного потенциала культур в условиях лабораторного опыта
Сравнительный анализ проб почвы и растительного материала по содержанию тяжелых металлов (ТМ) в лабораторном опыте, представленный в таблице 2.7 и на рисунках 2.1-2.4, показал, что:
— все растения, взятые для исследования (фацелия, горчица, смесь злаков, бархатцы) проявляют способность к аккумуляции ионов тяжелых металлов, но эта способность зависит от вида ТМ и его концентрации в почве, что наглядно показывают значения коэффициентов биологического поглощения (Кбп)и коэффициентов аккумуляции(Как);
— для ионов свинца и меди лучшим аккумулятором явилась смесь злаков (содержание ионов свинца в почве при внесении 2 ПДК снизилось на 32,8%, меди – на 38,8%);
— для ионов цинка лучшим аккумулятором явилась фацелия (содержание ионов свинца в почве при внесении 2 ПДК снизилось на 47,2%);
— в отношении ионов мышьяка способность к аккумуляции проявили только смесь из злаковых культур и бархатцы.
Таблица 2.7 – Сравнительный анализ проб почвы и растительного материала по содержанию тяжелых металлов (ТМ)в лабораторном опыте,мг/кг
| ТМ | Содержание ТМ в вариантах опыта, мг/кг | ||||||||||||
| Фацелия | Горчица | Смесь злаков | Бархатцы | ||||||||||
| контроль | 2ПДК | 10ПДК | контроль | 2ПДК | 10ПДК | контроль | 2ПДК | 10ПДК | контроль | 2ПДК | 10ПДК | ||
| Мышьяк | |||||||||||||
| Почва начало опыта | 6,8±1,7 | – | – | 6,8±1,7 | – | – | 6,8±1,7 | – | – | 6,8±1,7 | – | – | |
| Почва конец опыта | 6,9±1,7 | – | – | 6,8±1,8 | – | – | 6,7±1,7 | – | – | 6,7±1,7 | – | – | |
| Растения конец опыта | ˂0,1 | – | – | ˂0,1 | – | – | 0,9±0,22 | – | – | 0,53±0,13 | – | – | |
| Кбп | ˂0,01 | ˂0,01 | 0,13 | 0,08 | |||||||||
| Свинец | |||||||||||||
| Почва начало опыта | 13,6±2,9 | 96,6±24 | 429,6±146 | 13,6±2,9 | 96,6±24 | 429,6±146 | 13,6±2,9 | 96,6±24 | 429,6±146 | 13,6±2,9 | 96,6±24 | 429,6±146 | |
| Почва конец опыта | 13,5±2,7 | 92,5±23 | 423,0±145 | 12,4±2,6 | 80,9±20 | 334±70 | 10,1±2,1 | 64,9±6,0 | 328±69 | 13,8±2,9 | 80,6±16,3 | 400±110 | |
| Как | 1,00 | 0,96 | 0,98 | 1,01 | 1,19 | 1,29 | 0,74 | 1,49 | 1,31 | 1,00 | 1,20 | 1,07 | |
| Растения конец опыта | ˂0,1 | 2,5±0,53 | 6,3±1,3 | 0,16±0,03 | 16,5±3,5 | 64,0±13 | 3,2±0,8 | 36,0±6,1 | 101±21 | ˂0,1 | 18,2±3,8 | 28,0±6,0 | |
| Кбп | ˂0,07 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,17 | 0,15 | 0,23 | 0,37 | 0,23 | ˂0,07 | 0,19 | 0,06 | |
| Медь | |||||||||||||
| Почва начало опыта | 25,9±4,4 | 34,0±6,0 | 65,9±9,2 | 25,9±4,4 | 34,0±6,0 | 65,9±9,2 | 25,9±4,4 | 34,0±6,0 | 65,9±9,2 | 25,9±4,4 | 34,0±6,0 | 65,9±9,2 | |
| Почва конец опыта | 19,4±3,9 | 21,5±3,6 | 43,1±7,2 | 23,7±4,1 | 28,2±5,6 | 56,63±9,5 | 21,0±4,2 | 20,8±4,7 | 34,4±7,5 | 21,2±4,1 | 20,4±5,7 | 50,2±9,3 | |
| Как | 1,34 | 1,58 | 1,53 | 1,09 | 1,20 | 1,!6 | 1,23 | 1,63 | 1,92 | 1,22 | 1,67 | 1,31 | |
| Растения конец опыта | 7,2±1,4 | 10,2±1,8 | 21,2±4,2 | 2,5±0,4 | 5,9±1,2 | 6,7±1,3 | 3,7±2,7 | 17,0±4,1 | 38,3±7,7 | 5,0±1,0 | 10,1±2,0 | 21,5±4,3 | |
| Кбп | 0,28 | 0,30 | 0,32 | 0,10 | 0,17 | 0,10 | 0,14 | 0,50 | 0,57 | 0,19 | 0,30 | 0,33 | |
| Цинк | |||||||||||||
| Почва начало опыта | 59,0±10 | 123±20 | 399±64 | 59,0±10 | 123±20 | 399±64 | 59,0±10 | 123±20 | 399±64 | 59,0±10 | 123±20 | 399±64 | |
| Почва конец опыта | 47,2±7,6 | 65,0±11 | 100±19 | 42,0±7,0 | 91,0±15 | 345±58 | 45,0±7,0 | 91,0±15 | 220±27 | 50±8,1 | 104±17 | 372±62 | |
| Как | 1,25 | 1,89 | 3,99 | 1,4 | 1,35 | 1,16 | 1,31 | 1,35 | 1,81 | 1,18 | 1,18 | 1,07 | |
| Растения конец опыта | 10,4±1,8 | 60,0±10 | 294±49 | 15,8±2,6 | 31,0±5,0 | 55±10 | 15,2±2,1 | 28±4,8 | 167±28 | 8,3±1,1 | 24,7±6,2 | 65,0±11 | |
| Кбп | 0,17 | 0,49 | 0,74 | 0,27 | 0,25 | 0,14 | 0,26 | 0,23 | 0,42 | 0,14 | 0,20 | 0,16 | |
| Показатели точности (±∆л при Р=0,95)
Как – коэффициент аккумуляции — отношение концентрации элемента в почве на начало опыта к его концентрации в конце опыта Кбп — частное от деления количества элементов в золе растений на его валовое содержание в почве |
|||||||||||||
Рисунок 2.1 –Фиторемедиационный потенциал растений по отношению к свинцу
Рисунок 2.2 –Фиторемедиационный потенциал растений по отношению к меди
Рисунок 2.3 –Фиторемедиационный потенциал растений по отношению к меди
Рисунок 2.4 –Фиторемедиационный потенциал растений по отношению к мышьяку (0 – ниже предела обнаружения)
Таким образом, в ходе лабораторного этапа исследования фиторемедиационного потенциала некоторых растений и возможности их последующего применения для фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения, планируемых к использованию в органическом земледелии, было установлено:
- все растения, взятые для исследования (фацелия, горчица, смесь злаков, бархатцы) проявляют способность к аккумуляции ионов тяжелых металлов;
- в лабораторных условиях по вариантам опыта значимого изменения содержания мышьяка в почве контрольной группы не выявлено; растения фацелии и горчицы не проявили аккумулирующей способности (содержание Asв растениях ниже чувствительности метода измерения), а для смеси злаков и бархатцев содержание As в растениях составило 0,9 мг/кг и 0,53 мг/кг соответственно;
- выявлено снижение содержания свинца в почве (от 4,2% для фацелии до 32,8% для смеси злаков при 2 ПДК), причем, способность к аккумуляции свинца при 2 ПДК, как показывают значения Кбп (0,96 – 1,19 – 1,20 – 1,49), возрастает в ряду фацелия – горчица – бархатцы – злаки;
- выявлено снижение содержания меди в почве (от 4,2% для горчицы до 38,8% для смеси злаков при 2 ПДК), причем, способность к аккумуляции меди при 2 ПДК, как показывают значения Кбп(0,17 – 0,30 – 0,30 – 0,50), возрастает в ряду горчица – фацелия – бархатцы – злаки;
- выявлено снижение содержания цинка в почве (от 15% для бархатцев до 47,2% для фацелии при 2 ПДК), причем, способность к аккумуляции цинка при 2 ПДК как показывают значения Кбп(0,20 – 0,23 – 0,25 – 0,49), возрастает в ряду бархатцы – горчица – злаки – фацелия;
- установлена корреляция между снижением содержания исследованных ИТМ в почве и накоплении их в растительном материале, что количественно подтверждают значения коэффициентов биологического поглощения (Кбп) и коэффициентов аккумуляции (Как).
По результатам лабораторного этапа исследования принято решение на полевом этапе исследования эффективности применения технологии фиторемедиации сельскохозяйственных земель с целью их последующего использования в органическом земледелии при закладке мелко деляночного опыта использовать следующие культуры: фацелия, горчица, смесь злаков, а в качестве контроля – растения чистого пара.
ГЛАВА 3 определение фиторемедиационного потенциала в условиях полевого опыта
3.1 Материалы и методы исследования
Исследования проводились на территории КФХ «Башмаков» Прокопьевского района Кемеровской области.Полевой этап исследования проведен в период с 28.05.2020 по 11.08.2020.
Перед закладкой опыта был осуществлен забор почвы на анализ с целью определения агрохимических показателей и содержания тяжелых металлов.Образцы почвы отбирали из пахотного горизонта. Анализ проб почвы выполнен в лаборатории борьбы с пылью и пылевзрывозащиты АО «НЦ ВостНИИ», г. Кемерово. Содержание тяжелых металлов в пробах почвы и растительного материала определялось методом атомно-эмиссионного спектрального анализа при помощи спектрометра эмиссионного с индуктивно-связанной плазмой OPTIMA модель 2100 DV. Концентрация ионов водорода (рН сол) – потенциометрическим методом при помощи анализатора жидкости многопараметрического ЭКОТЕСТ− 2000Т.
Для проведения опыта по изучению аккумулятивных возможностей растений и определении их фиторемедиационного потенциала использовались фацелия (Phacelia Juss), горчица белая (Sinapis alba L.) и смесь злаковых трав, состоящая из овсяницы красной 40% (Festuca rubra L.), райграса пастбищного 50% (Lolium Perenne) и мятлика лугового 10% (Poa pratensis).
В третьей декаде мая 2020 года был заложен мелко-деляночный опыт. Семена выбранных культур высевались в заранее подготовленную почву. Основная обработка почвы осуществлялась ранней весной (до середины мая) безотвально на глубину 10-15 см. Предшественник – многолетние злаковые травы. Повторность опыта трехкратная. В качестве контрольной группы выступал чистый черный пар.
В августе 2020 года образцы почвы и растительного материала были переданы в сертифицированную лабораторию для определения содержания тяжелых металлов (ТМ).
3.2 Условия проведения исследований
Кемеровская область расположена на юго-востоке западной Сибири. Климат области характеризуется резкой континентальностью, большой изменчивостью погоды, суровой зимой с устойчивыми низкими отрицательными температурами воздуха, частыми ветрами значительных скоростей, активной ветрометелевой деятельностью, снегозаносами, интенсивной солнечной радиацией в оба сезона года и сравнительно жарким летом.
По агроклиматическому районированию Кемеровской области, территория относится к умеренно-теплому, умеренно-влажному подрайону. Климат резко-континентальный с холодной и длиной зимой, жарким и коротким летом.Средняя, многолетняя температура января составляет – 18,2оС, июля – 17,8. годовая температура не высокая и составляет лишь – 0,1оС. Абсолютно минимальная температура воздуха может достичь: – 57-45оС.
Продолжительность безморозного периода составляет 120 дней.Сумма положительных температур в этот период составляет 2150оС.
Средняя продолжительность вегетативного периода 160 дней.В период вегетации растений большой ущерб сельскохозяйственному производству приносят заморозки на поверхности почвы и в воздухе.
Последние весенние заморозки на почве могут сохраняться до 7 июня, первые осенние – с 4 сентября. Заморозки на почве прекращаются обычно на 10-15 дней позже, чем в воздухе.
Распределение осадков в течение года неравномерно. Наибольшее их количество выпадает в теплый период года с апреля по октябрь – 320 мм. Среднегодовое количество осадков составляет 392 мм. Гидротермический коэффициент составляет 1,3-1,2, что свидетельствует о достаточном увлажнении возделываемых культур.
Высота снежного покрова на открытых полях незначительна и составляет 15-50 см, на защищенных – несколько больше 45-50 см, а на ветроударных склонах снег выдувается ветром в пониженные участки, лога, заветренные склоны.
Из-за неравномерного распределения снежного покрова наблюдал разные сроки созревания почвы. Разница в созревании почвы на оголенных местах и покрытых снегом составляет 6-8 дней. По степени увлажнения территория хозяйства исследования относится к умеренно увлажненному подрайону.
В течение года преобладают ветра юго-западного направления. Сильные ветра со скоростью 15 м/с и более, возможны с апреля по сентябрь. Зимой они приводят к резкому перераспределению снега. Весной и летом сильно осушают почву.
Погодные условия 2020 года характеризовались следующими особенностями (табл. 3.1, рисунок 3.1).
Продолжительность периода активного роста возделываемых культур с температурой выше +10оС составила 153 дня. Продолжительность вегетационного периода определяется не только генотипическими особенностями растений, но и зависит от элементов погоды, а именно – среднесуточных температур и количества осадков.
Весна 2020года была благоприятной для посева, среднесуточная температура мая была высокой, отклонение от среднемноголетней нормы составило +4,2°С. Осадков в мае выпало 45 мм, что составило 118% от среднемноголетней нормы. Поэтому посев исследуемых культур проводился своевременно.
Погода июня была типичной для территории Прокопьевского района. Отклонение от среднемноголетней температуры составило – 0,4°С, осадков – 107%.Теплая погода июня месяца благоприятно влияла на темпы роста и развития посевов исследуемых культур.
Таблица 3.1 – Температура воздуха и сумма осадков за вегетационный период 2020 года
| Месяц | Метеорологические
показатели |
Месяц | Норма | Отклонение от нормы |
| Май | Средняя t в оС | 15,2 | 11,0 | +4,2°С |
| Сумма осадков, мм | 45 | 38 | 118% | |
| Июнь | Средняя t в оС | 16,5 | 16,9 | -0,4°С |
| Сумма осадков, мм | 58 | 54 | 107% | |
| Июль | Средняя t в оС | 20,0 | 19,4 | +0,6°С |
| Сумма осадков, мм | 61 | 71 | 86% | |
| Август | Средняя t в оС | 18,8 | 16,4 | +2,4°С |
| Сумма осадков, мм | 40 | 50 | 80% | |
| Сентябрь | Средняя t в оС | 10,6 | 10,1 | +0,5°С |
| Сумма осадков, мм | 48 | 34 | 141% |
Рисунок 3.1 – Климатограмма вегетационного периода 2020 г.
Июль и август были теплыми, но засушливыми. В июлеотклонение температуры от среднемноголетней нормы составило +0,6°С, осадков – 86%.В августетакже наблюдался недобор осадков. Их сумма не превысила 80% среднемноголетней нормы.
Сентябрь был теплым. Отклонение от температуры составило +0,5°С. Осадковвыпало выше нормы на 141%.
Гидротермический коэффициент (ГТК) в 2020 году составил 1,2. Это говорит о том, что год был в небольшой степени засушливым.
Таким образом, начало вегетационного периода (май-июнь) протекал в относительно благоприятных погодных условиях, а июль-август был засушливым.
Почвы. По почвенно-географическому районированию территория хозяйства относится к подзоне степного ядра Кузнецкой. На территории хозяйства преобладают черноземы выщелоченные, среднемощные, тяжелосуглинистые.Характерными морфологическими признаками выщелоченных черноземов являются наличие в них уплотненного иллювиального горизонта с комковато-призматической структурой, пониженный уровень вскипания и наряду с этим отсутствие признаков оподзоливания.Дифференциация почвенного профиля по механическому составу проявляется в выщелоченных черноземах в значительно меньшей степени, чем в оподзоленных черноземах. Иловатая фракция в выщелоченных черноземах постепенно увеличивается книзу почвенного профиля до горизонта В2, а затем несколько уменьшается в горизонтах ВС и С. Выщелоченные черноземы обладают небольшой обменной кислотностью, которая обычно колеблется в пределах рНсол. = 5,5-6,1. Относительно понижена в них гидролитическая кислотность, в большинстве случаев не превышающая 3-6 мг-экв на 100 г почвы.Сумма поглощенных оснований выражается большими величинами и колеблется чаще всего в пределах 30-40 мг-экв на 100 г почвы. Вместе с тем выщелоченные черноземы отличаются высокой степенью насыщенности основаниями, достигающей 87-95%.
Почвы опытного участка представлены черноземом выщелоченным среднемощным тяжелосуглинистым. Содержание гумуса в верхнем 0-20 см слое составляет 9,13% (высокое). Обеспеченность азотом (нитратная форма) – низкая. Почва имеет повышенное содержание подвижного фосфора и обменного калия. Реакция почвенного раствора рНсол–5,7 (близкая к нейтральной) (табл. 3.2).
Таблица 3.2 – Агрохимические показатели почв опытного поля
| Показатели | Содержание | Уровень
содержания |
Методика
определения |
| Массовая доля органического вещества, % | 9,13 | высокое | ГОСТ 26213-91 |
| Массовая доля нитратного азота, мг/кг почвы | 4,08 | низкий | ГОСТ 26951-86 |
| рН солевое | 5,7 | близка к нейтральной | ГОСТ 26483-85 |
| Массовая доля подвижного фосфора, мгP2O5/кг почвы | 127,75 | повышенный | ГОСТ Р 54650-2011 |
| Массовая доля общего азота, % | 0,21 | повышенный | ГОСТ 26107-84 |
| Массовая доля обменного калия, К2О мг/кг почвы | 181 | повышенное | ГОСТ Р 54650-2011 |
Анализ результатов содержания ИТМ показал (табл. 3.3), что содержание подвижных форм ИТМ существенно ниже ПДК (в 20-26 раз), а валовое содержание мышьяка, свинца и цинка несколько выше кларка (по Виноградову), но существенно ниже ОДК для почв, близким к нейтральным (10,0 мг/кг), к которым относятся почвы опытного поля.
Таблица 3.3 – Содержание ионов тяжелых металлов (ИТМ)почв опытного поля в сравнении с кларком и ОДК/ПДК (мг/кг)
| ТМ | Кларк
в почвах мира, мг/кг |
ОДК вал / ПДК подв, мг/кг | Содержание ТМ в почве опытного участка, мг/кг | |||
| по Виноградову (1962) | по А. Кабата-Пендиас (1989) | Валовое содержание | Подвижные формы | Валовое | Подвижные формы | |
| As | 5,0 | 6,83 | 10,0 | — | 6,8±3,4* | 0,34±0,14 |
| Pb | 10,0 | 27,0 | 130 | 6,0 | 13,6±2,9 | 0,14±0,03 |
| Zn | 50,0 | 58,0 | 220 | 23,0 | 59±10,0 | 0,86±0,24 |
| Cu | 20,0 | 26,0 | 132 | 3,0 | 19,9±4,0 | 0,14±0,03 |
| *Показатели точности (±∆л при Р=0,95) | ||||||
Согласно более современным данным о значениях кларков металлов в почвах по Кабата-Пендиас (1989), содержание всех элементов, взятых для исследования с опытного участка, близко к значениям кларка, но практически не превышает фоновое.
Согласно СанПиН 2.1.7.1287-03, почвы, в которых содержание неорганического вещества I класса опасности больше фона, но меньше ПДК (ОДК), относятся к категории «допустимая» и для них нет ограничений по целям использования. Следовательно, по такому показателю, как содержание тяжелых металлов, исследованные почвы являются «допустимыми» и могут быть использованы для ведения органического сельского хозяйства.
3.3 Схема полевого опыта
Целью полевого опыта являлось изучение эффективности фиторемедиационного потенциала травянистых растений. Для решения поставленной цели был заложен мелкоделяночный полевой опыт согласно методике Б.А.Доспехова(Доспехов, 2012).Повторность опыта трехкратная. Площадь опытных делянок 1х2м2, ширина междурядий 50 см. В качестве посевного материалаиспользовали:
1. Смесь злаковых трав Овсяница красная40% (Festuca rubra L.), Райграс пастбищный 50% (Lolium Perenne), Мятлик луговой 10% (Poa pratensis) с НВ 30-40 кг/га (5-6,5 млн. шт /га)
2. Фацелия (Phacelia tanacetifólia) НВ 10-12 кг/га,
3. Горчица белая (Sinapis alba L.)НВ 12-16 кг/га.
4. Контроль – чистый черный пар
Повторность опыта трехкратная.
Схема опыта представлена на рисунке 3.2.
Рисунок 3.2 – Схема полевого опыта
В качестве загрязнителей были выбраны следующие ИТМ: свинец, цинк, медь и мышьяк.
3.4 Результаты определения фиторемедиационного потенциала культур в условиях полевого опыта
В ходе изучения фиторемедиационного потенциала установлено (табл. 3.4, рис. 3.3), что по вариантам опыта в почве значимых изменений валового содержания мышьяка и свинца не произошло, хотя на завершающем этапе (в августе) наметилась тенденция к некоторому снижению содержания мышьяка. При этом, в растительном материале наиболее высокое содержание мышьяка было выявлено в растениях фацелии.
Суммарное накопление мышьяка наземной частью фацелии в августе составило 4,01мг/кг сухой массы, существенно выше, чем в растениях на контроле и вариантах с горчицей и злаковой смесью. При этом в хозяйственной деятельности необходимо учитывать, что согласно регламенту Таможенного союза, для сочных и грубых кормов ПДК по мышьяку составляет 0,5 мг/кг, тогда как превышение по этому показателю в наземных частях растений составило до 8 раз.
Установленное в ходе исследования противоречие, возникающее при сопоставлении данных о значительном увеличении содержания мышьяка и свинца в растениях и несущественном уменьшении содержания этих элементов в почве, требуют дополнительного исследования.
Сравнительный анализ проб почвы и растительного материала по содержанию тяжелых металлов (ТМ) в полевом опыте, представленный в таблице 3.4, рис. 3.3,показал:
— все растения, взятые для исследования (фацелия, горчица, смесь злаков) проявляют способность к аккумуляции ионов тяжелых металлов, но эта способность зависит от вида ТМ и его концентрации в почве;
Таблица 3.4– Сравнительный анализ проб почвы и растительного материала по содержанию ИТМв полевом опыте, мг/кг
| ТМ | Содержание ионов ТМ*, мг/кг | ||||
| Варианты опыта | |||||
| Наименование
пробы |
Контроль | Фацелия | Горчица | Смесь злаков | |
| Почва | |||||
| Мышьяк | Почва (май) | 6,8±1,7 | 6,8±1,7 | 6,8±1,7 | 6,8±1,7 |
| Почва (август) | 6,2±1,5 | 5,8±1,4 | 6,2±1,5 | 5,7±1,4 | |
| Коэффициент аккумуляции | 1,10 | 1,17 | 1,10 | 1,19 | |
| Свинец | Почва (май) | 13,6±2,9 | 13,6±2,9 | 13,6±2,9 | 13,6±2,9 |
| Почва (август) | 13,5±2,9 | 13,6±2,9 | 13,5±2,9 | 13,4±2,8 | |
| Коэффициент аккумуляции | 1,01 | 1,00 | 1,01 | 1,01 | |
| Медь | Почва (май) | 25,9±4,4 | 25,9±4,4 | 25,9±4,4 | 25,9±4,4 |
| Почва (август) | 20,1±3,2 | 19,9±3,1 | 19,7±3,0 | 21,9±3,3 | |
| Коэффициент аккумуляции | 1,29 | 1,36 | 1,31 | 1,18 | |
| Цинк | Почва (май) | 59,0±10,0 | 59±10,0 | 59±10,0 | 59±10,0 |
| Почва (август) | 48,5±8,1 | 46±8,0 | 49,9±8,4 | 58,4±9,8 | |
| Коэффициент аккумуляции | 1,22 | 1,28 | 1,18 | 1,01 | |
| Растительный материал | |||||
| Мышьяк | Корни (июль) | 1,36±0,68 | 0,52±0,13 | 0,50±0,25 | 1,49+0,75 |
| Корни (август) | 1,42±0,71 | 2,71±0,98 | 0,57±0,28 | 0,96+0,48 | |
| Наземная часть (июль) | 0,39±0,20 | 0,75±0,10 | 0,36±0,08 | 0,95+0,48 | |
| Наземная часть (август) | 0,62±0,23 | 4,01±1,50 | 0,63±0,27 | 0,63+0,27 | |
| Свинец | Корни (июль) | 0,65±0,13 | 0,46±0,09 | 1,60±0,30 | 3,10±0,60 |
| Корни (август) | 0,70±0,15 | 0,50±0,11 | 1,80±0,32 | 4,00±0,70 | |
| Наземная часть (июль) | 0,48±0,10 | 0,36±0,08 | 1,38±0,20 | 2,80±0,24 | |
| Наземная часть (август) | 0,50±0,11 | 0,40±0,09 | 1,50±0,29 | 3,20±0,60 | |
| Медь | Корни (июль) | 5,60±1,11 | 3,31±0,66 | 1,77±0,35 | 8,60±1,7 |
| Корни (август) | 5,60±1,11 | 13,5±2,5 | 2,31±0,46 | 7,80±1,6 | |
| Наземная часть (июль) | 6,40±1,30 | 7,78±0,70 | 3,84±0,34 | 7,90±1,6 | |
| Наземная часть (август) | 5,7±1,1 | 31,9±5,0 | 5,4±0,25 | 6,3±1,3 | |
| Цинк | Корни (июль) | 17,3±2,9 | 15,1±2,5 | 40,2±6,7 | 19,1±3,2 |
| Корни (август) | 29,6±5,0 | 29,6±5,4 | 41,7±7,0 | 26,3±4,4 | |
| Наземная часть (июль) | 20,1±3,4 | 36,5±3,2 | 66,6±6,2 | 34,3±5,8 | |
| Наземная часть (август) | 26,3±4,4 | 71,6±7,5 | 97,4±9,6 | 37,2±6,2 | |
| *Показатели точности (±∆л при Р=0,95) | |||||
Рисунок 3.3 – Фиторемедиационный потенциал растений по отношению к ИТМ
— для ионов мышьяка и меди лучшим аккумулятором явилась фацелия;
— для ионов свинца лучшим аккумулятором явилась смесь злаков;
— для ионов цинка лучшим аккумулятором явилась горчица.
Таким образом, в ходе полевого этапа исследования эффективности применения технологии фиторемедиации сельскохозяйственных земель с целью их последующего использования в органическом земледелии, было установлено:
- все растения, взятые для исследования (фацелия, горчица, смесь злаков) проявляют способность к аккумуляции ионов тяжелых металлов;
- вполевых условиях растения фацелии проявили наивысшую аккумулирующую способностьпо отношению к мышьяку – 4,01 мг/кг наземной части растений в августе(в 6,3 раза выше, чем в растениях на контроле и вариантах с горчицей и злаковой смесью) при этом, снижение валового содержания As в почве не было значимым;
- по отношению к свинцу в полевых условиях наивысшую аккумулирующую способность проявила смесь злаков – 4,0 мг/кг наземной части растений в августе (от 2,2 до 8 раз выше, чем в растениях на контроле и вариантах с горчицей и фацелией) при этом, снижение валового содержания Pb в почве не было значимым;
- выявлено снижение содержания меди в почве (коэффициенты аккумуляции 1,36 – 1,31 – 1,29 – 1,18 по вариантам фацелия – горчица – контроль – злаки) причем, максимальную способность к аккумуляции меди проявила фацелия – 13,9 мг/кгназемной части растений в августе;
- выявлено снижение содержания цинка в почве (коэффициенты аккумуляции 1,28 – 1,22 – 1,18 – 1,01 по вариантам горчица – фацелия – злаки — контроль), причем, способность к аккумуляции цинка возрастает в ряду горчица –фацелия – злаки – контроль;
- установленное в ходе исследования противоречие, возникающее при сопоставлении данных о значительном увеличении содержания мышьяка и свинца в растениях и несущественном уменьшении содержания этих элементов в почве, требуют дополнительного исследования.
Заключение
Почвы, предназначенные для ведения органического сельского хозяйства по содержанию тяжелых металлов, бенз(а)пирена, остаточных количеств пестицидов согласно СанПиН 2.1.7.1287-03 должны соответствовать категории «допустимая».
В последние годы в пахотных почвах сельхозугодий, в том числе и в Кемеровской области отмечается тенденция к накоплению тяжелых металлов (мышьяка, цинка, кадмия, никеля, меди, свинца), что является результатом не только деятельности промышленных предприятий, но многолетнего и неконтролируемого использования инсектицидов, гербицидов и удобрений при интенсификации сельского хозяйства. Поэтому в условиях перехода на органическое земледелие необходим мониторинг почв по данным показателям и поиск технологий, направленных на повышение экологической безопасности почв.
Из всех известных на сегодняшний день вариантов ремедиации почв наиболее соответствующим концепции органического земледелия является метод фиторемедиация, в основе которой лежит гипераккумулятивная способность растений извлекать из субстрата вредные элементы.
Неоднозначность и противоречивость литературных данных о фиторемедиационном потенциале сосудистых растений и возможности их применения в сельском хозяйстве легли в основу данного исследования.
Установлено, что флора Кемеровской области богата видами, обладающими ремедиационными свойствами, но возможность их использования в культуре ограничена, так как большинство видов являются дикорастущими и сорными. Кроме того, одной из причин ограничения использования данных видов в культуре является также отсутствие в большом количестве посевного материала и разработанных технологий их возделывания.
В ходе проведенного лабораторного исследования установлено, что сорные, декоративные и сидеральные растенияспособны в разной степени к аккумуляции тяжелых металлов из почв и, следовательно, могут выполнять функции фиторемедиаторов сельскохозяйственных земель, предназначенных для органического земледелия. В качестве исследуемых культур использовались горчица белая, фацелия пижмолистная, бархатцы и смесь злаковых трав из райграса, мятлика и овсяницы. Способность к аккумуляции при повышении концентрации ионов тяжелых металлов (2 ПДК) возрастает для ионов свинца в ряду фацелия – горчица – бархатцы – злаки, для ионов меди – вряду горчица – фацелия – бархатцы – злаки; для ионов цинка – вряду бархатцы – горчица – злаки – фацелия. Установлена корреляция между снижением содержания исследованных ИТМ в почве и накоплении их в растительном материале, что количественно подтверждают значения коэффициентов биологического поглощения (Кбп) и коэффициентов аккумуляции (Как).
По результатам лабораторного опыта принято решение на полевом этапе исследования эффективности применения технологии фиторемедиации сельскохозяйственных земель с целью их последующего использования в органическом земледелии использовать фацелию пижмолистную, горчицу белую и смесь злаковых трав (овсяница, райграс, мятлик).
По результатам проведенных лабораторных и полевых исследований установлена корреляция между снижением содержания ионов тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, мышьяк) в почве и накоплении их в растительном материале.
Ионы меди и цинка аккумулируются в наземных органах исследуемых растений. Мышьяк за исключением фацелии – накапливается в корнях.
Способность к аккумуляции мышьяка возрастает в ряду горчица – злаки – фацелия.
Способность к аккумуляции меди возрастает в ряду горчица –злаки – фацелия. Однако при повышении уровня загрязнения медью почв повышается аккумулирующая способность злаков.
Способность к аккумуляции цинка возрастает в ряду злаки –фацелия – горчица. Однако при повышении уровня загрязнения цинком почв повышается аккумулирующая способность фацелии и злаков.
Способность к аккумуляции свинца не зависимо от его концентрации в почве возрастает в ряду фацелия – горчица – злаки.
Для разработки технологии фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения и подбора ассортимента потенциальных растений-гипераккумуляторов для конкретных условий необходимо продолжить исследования по изучению ремедиационного потенциала культурныхи дикихрастений и возможности их интродукции в культуру.
Рекомендациипо технологии фиторемедиации земель сельскохозяйственного назначения
- Проводить мониторинг почв, предназначенных для органического земледелия на предмет загрязнения их ионами тяжелых металлов.
- Использовать сидеральные культуры (фацелию и горчицу) и злаковые травы в качестве фиторемедиантов для сокращения переходного периода к органическому сельскому хозяйству и производству органической продукции.
- При использовании сидеральных культур (фацелии, горчицы) и злаковых трав (овсяницы, райграса и мятлика), обладающих фиторемедиационным потенциалом, даже в условиях низкого содержания ионов тяжелых металлов (свинца, меди, цинка, мышьяка) в почвах, необходимо контролировать показатели качества растительного сырья.
- Не использовать в качестве сидератов фацелию и горчицу в условиях повышенного содержания ионов тяжелых металлов (свинца, меди, цинка, мышьяка) в почвах.
- При использовании горчицы, фацелии и злаковых трав (мятлик, райграс,овсяница) в качестве фиторемедиаторов для очистки почв от повышенного содержания ионом меди и цинка необходимо удалять наземную часть этих растений с последующей их утилизацией.
- Для очистки почв от повышенного содержания мышьяка и свинца целесообразно использовать в качестве фиторемедиатора фацелию, аккумулирующую в отличие от горчицы и злаковых трав данные загрязнители в наземной части. После использования фацелии в качестве фиторемедианта для очистки почв от повышенного содержания мышьяка и свинца необходимо удалять наземную часть этих растений с последующей их утилизацией.
Список использованных источников
- AгроXXI– Агропромышленный портал.–Режим доступа: https://www.agroxxi.ru/stati/kakie-selhozzemli-mogut-byt-prigodny-k-vedeniyu-organicheskogo-selskogo-hozjaistva.html)
- Агрохимия: учебник / В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. – М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. – 2017. – 854 с.
- Алексеев, Ю.В Тяжелые металлы в агроландшафте / Ю.В Алексеев. – Санкт-Петербург: ПИЯФ РАН, 2008. – 216с.
- Аникович, В. Плоскорезная обработка зяби и удобрения / В. Аникович, Н. Тихомирова// Урал Нивы. – 1982. – № 8. – С. 22-23
- Бакланов,И.А. Накопление, распределение и действие никеля на растения гипераккумуляторы и исключатели из рода Alyssum: автореф. дис. … канд. биол. наук: 03.01.05 / Бакланов Илья Андреевич. – Москва, 2011.– 24 с.
- Белоус, Н.М. Влияние различных систем удобрения на накопление тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции / Н.М. Белоус, В.Ф. Шаповалов, Ф.В. Моисеенко // Вестник Брянской государственной сельскохозяйственной академии.–2006.–С. 22-29
- Буров, Д.И. Использование плоскорезов в системе зяби и паровой обработки почвы в южной части лесостепи Заволжья / Д.И. Буров, И.А. Чуданов, Г.И. Казаков //Теоретические вопросы обработки почвы. – Л.: Гидрометеоиздат. – 1969. – С. 73-77.
- Вихман, М.И. Экологические основы формирования продуктивных и устойчивых агросистем на Кольском Севере:автореф. дис. … д-ра. биол. наук: 03.02.08 / Вихман, Михаил Иванович. – Петрозаводск, 2011. – 47 с.
- Водяницкий, Ю.Н. ВлияниетехногенныхиприродныхфакторовнасодержаниетяжелыхметалловвпочвахСреднегоПредуралья (г. Чусовойиокрестности) / Ю.Н. Водяницкий, А.А. Васильев, А.А. Савичев, А.Н. Чащин// Почвоведение. – 2010. – № 5. –С. 1089–1099.
- Водяницкий, Ю.Н. Современные тенденции загрязнения почв тяжелыми металлами / Ю.Н. Водяницкий // Агрохимия. – 2013. – №9. – С. 88-96.
- Водяницкий, Ю.Н. Тяжелые металлы и металлоиды в почвах. – М.: ГНУ Почвенный институт им. В.В. Докучаева РАСХН. – 2008. – 86 с.
- Воронцов, А.М. Обобщенные показатели состояния в системе индексов качества природных сред: проблемы и перспективы / А.М. Воронцов // Экологическая химия.–2004. –Т. 14.– № 1.– С. 1-10.
- Галиулин, Р.В Очистка почв от тяжелых металлов с помощью растений / Р.В. Галиулин, Р.А.Галиулина // Вестник Российской академии наук.– 2008.– Т. 78. –№ 3.– С. 247-249.
- Глинушкин, А.П. Здоровая почва и ее воспроизводство в альтернативных системах земледелия / А.П.Глинушкин, М.С.Соколов, Е.Ю.Торопова // Фитосанитарные и гигиенические требования к здоровой почве. – М.: Агрорус, 2016. – 238 с.
- ГН 2.1.7.2041-06 Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в почве / Утв. Главным государственным санитарным врачом РФ 19.01.2006 года. – М.: Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Роспотребнадзора, 2006. – 15 с.
- ГОСТ 12038-84. Семена сельскохозяйственных культур. Методы определения всхожести. – Введ. 01.07.86. – М: Изд-во стандартов, 2004. – 29 с.
- ГОСТ 12042-80. Определение массы 1000 семян. – Введ. 01.07.87. – М: Изд-во стандартов, 2004. – 3 с.
- ГОСТ 17.4.4.02-2017 Охрана природы. Почвы. Методы отбора и подготовки проб для химического, бактериологического, гельминтологического анализа.– Введ.2019-01-01. – М.: Стандартинформ, 2019. – 10 с.
- ГОСТ 26204-91. Определение подвижности фосфора и обменного калия по методу Чирикова. – Введ. 01.07.99. – М: Изд-во стандартов, 1992. –8 с.
- ГОСТ 26483-85. Почвы. Приготовление солевой вытяжки и определение ее pH по методу ЦИНАО. – Введ. 30.06.86. – М: Изд-во стандартов, 1985. – 4с.
- Государственный доклад о состоянии и охране окружающей среды Кемеровской области – Кузбасса в 2019 году. [Электронный ресурс] – Режим доступа: URL: http://ecokem.ru/wp-content/uploads/2020/02/doclad_2019.pdf.
- Гравель, И.В. Оценка загрязненности экотоксикантами сырья лекарственных растений Алтайского края / И.В. Гравель // Проблемы ботаники Южной Сибири и Монголии. – 2019. – Т. 18. – № 1. – С. 482-484.
- Графская Г.А., Величко В.А. Эффективность мелиорантов на загрязненных тяжелыми металлами почвах // Химия в сельском хозяйстве. – 1998. – №1. – С.
- Гришина, А.В. Транслокация тяжелых металлов и приемы детоксикации почв / А.В.Гришина, В.Ф. Иванова // Агрохимический вестник. – 1997. – №3. – С. 36-41.
- Дабахов, М.В. Влияние агрохимических средств на подвижность свинца и кадмия в лесной светло-серой почве и поступление их в растения / М.В. Дабахов, Г.А. Соловьев, B.C. Егоров // Агрохимия. – 1998. – № 8. – С. 54-59.
- Демиденко,Г.А. Сельскохозяйственная экология: учебноепособие / Г.А. Демиденко, Н.В. Фомина.–Краснояр. гос. аграр. ун-т.–Красноярск, 2019. –330с.
- Доспехов, Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований) / Б.А. Доспехов – М.: Книга по Требованию, 2012. – 352 с.
- Душенков В., Раскин И. Фиторемедиация: зеленая революция. Ратгерский университет, Нью-Джерси, США. [Электронный ресурс]. (дата обращения: 08.06.2018). www.chem.msu.su/rus/journals/chemlife/fito.html
- Ефремова Е.Н. Агрофизические показатели почвы в зависимости от различных обработок почвы / Е.Н.Ефремова // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. – 2013. – № 2 (30). – С. 67-72.
- Здоровая почва – фитосанитарный базис беспестицидного растениеводства / М.С. Соколов, А.П. Глинушкин, Е.Ю. Торопова, В.П. Боровая, Л.Н. Бугаёва // RJOAS. –2015. – № 12(48). –Р. 3–9.
- Земледелие: Учебник для вузов/Г.И. Баздырев, В.Г. Лошаков, А.И. Пупонин и др. – М.: Издательство «Колос», 2000. – 551 с.
- Кабата-Пендиас А. Микроэлементы в почвах и растениях / А. Кабата-Пендиас, X. Пендиас; пер. с англ. – М.: Мир, 1989. – 439 с.
- Казаков Г.И. Агрофизические показатели плодородия почвы как научные основы её обработки / Г.И. Казаков // Ресурсосберегающие системы обработки почвы. М.: Агропромиздат, 1990. – С. 32-38.
- Кандыба, Е.В. Биологические препараты и почвенное плодородие / Е.В. Кандыба, А.М. Фатеева // Агрохимический вестник. – 1997. – № 2. – С. 7-9.
- Кемеровский филиал Федерального бюджетного учреждения «Территориальный фонд геологической информации по Сибирскому федеральному округу»Режим доступа http://geofondkem.ru/ekology5.htm (дата обращения 16.05.2020).
- Кирейчева, Л.В. Методы детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами / Л.В.Кирейчева, И.В. Глазунова // Почвоведение. – 1995. – №7. – С.892-896.
- Климентьев, А.И. Почвы степного Зауралья: ландшафтно-генетическая и экологическая оценка /А.И.Климентьев. – Екатеринбург, 2000.– 433 с.
- Ковда В.А. Биогеохимия почвенного покрова / В.А. Ковда. – М.: Наука, 1995. – 264 с.
- Копцик Г.Н. Современные подходы к ремедиации почв, загрязненных тяжелыми металлами (обзор литературы) / Г.Н. Копцик // Почвоведение. – 2014. – № 7. – С. 851-868.
- Копцик, Г.Н. Загрязнение почв лесных экосистем тяжелыми металлами в зоне влияния комбината «Печенганикель» / Г.Н. Копцик, Н.П. Недбаев, С.В. Копцик // Почвоведение. – 1998. – № 8. – С. 988-995.
- Копцик, Г.Н. Ремедиация загрязненных тяжелыми металлами почв путем промывания in situ / Г.Н. Копцик, С.В. Копцик, С.Ю. Ливанцова // Экологический вестник Северного Кавказа. – 2010. – Т. 6. – № 2. – С. 26-30.
- Копцик, Г.Н. Эффективность ремедиации техногенных пустошей вблизи комбината «Печенганикель» в Кольской субарктике / Г.Н.Копцик, С.В.Копцик, И.Е.Смирнова // Почвоведение. – 2013. – № 10. –C. 1263-1273.
- Коротич, А.И. Система основной обработки светло-каштановых почв в зернопаровом севообороте Нижнего Поволжья: автореф. …канд. с.-х. наук: 06.01.01 /Коротич Александр Иванович. – Воронеж, 1986. – 175 с.
- Костычев, П.А. Устойсивые агросистемы / П.А. Костычев. – М.: Изд-во Наука, 2016. – 412 с.
- Лакин, Г. A. Биометрия / Г. A. Лакин. – М.: Высшая школа, 2000. – 293 с.
- Линдиман, А.В. Фиторемедиация почв, содержащих тяжелые металлы / А.В. Линдиман, Л.В. Шведова, Н.В.Тукумова // Экология и промышленность России. – 2008. – С. 45-47.
- Листов, С.А. К проблеме законодательного нормирования остаточных количеств пестицидов и тяжелых металлов в лекарственном сырье / С.А. Листов // Фармация, 1992. – №4. – С. 63-65.
- Лобачева, Е.Н. Продуктивность полевых севооборотов зерновой специализации в зависимости от их биологизации и минимализации основной обработки на светло-каштановых почвах Волгоградского Правобережья: автореф. дисс. …канд. с.-х. наук: 06.01.01/ Лобачева Елена Николаевна. – Волгоград, 2007. – 24 с.
- Лукин С.В. Агроэкологическая оценка влияния органических удобрений на микроэлементный состав почв / С.В. Лукин, С.В. Селюкова// Достижения науки и техники АПК. –2016. –Т. 30. –№ 12. –С. 61-65.
- Минаева, О.М. Биопрепараты для защиты растений: оценка качества и эффективности: учебноепособие / О.М. Минаева, Е.Е. Акимова, Т.И., Зюбанова. – Томск: Издательский Дом Томского государственного университета, 2018. – 130 с.
- Мирчинк, Т.Г. Почвенная микробиология / Т.Г.Мирчинк. – М.: МГУ, 1988. – 220с.
- Мотузова, Г.В. Соединения микроэлементов в почвах: системная организация, экологическое значение, мониторинг / Г.В. Мотузова. – 2-е изд. – М.: Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2019. – 168 с.
- НИА Кузбасс. Экология Режим доступа: https://news.myseldon.com/ru/news/index/205377153 (дата обращения 17.05.2020).
- Об утверждении СтратегииустойчивогоразвитияРоссийской Федерации на период до2030 года. – 2020. Режим доступа:http://government.ru/docs/16757/.
- Обухов, А.И. Атомно-абсорбционный анализ в почвенно-биологических исследованиях / А.И.Обухов, И.О.Плеханова. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991. – 184 с.
- Овсянникова, С.В. Охрана почв в Кемеровской области: проблемы, пути решения / С.В.Овсянникова // Успехи современного естествознания. – 2004. – № 2. – С. 122-124; URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=12333(дата обращения: 16.05.2020).
- Орлов, Д.С. Почвенно-экологический мониторинг и охрана почв / Д.С.Орлов, В.Д.Василевская // Почвоведение. – 2002. – №6. – С.36-38
- Орлов, Д.С.Химия почв /Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, Н.И. Суханова. – Москва: Высшая школа, 2005. – 558 с.
- Орлов, Д.С. Экология и охрана биосферы при химическом загрязнении:учебное пособие / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, И.Н. Лозановская. – М.: Высшая школа, 2002. – 334с.
- Отчет «По системе регионального мониторинга земель Кемеровской области». Кемерово, 2000г.
- Панова, А.А. Влияние минеральных и органических удобрений на содержание тяжелых металлов в почве / Панова А.А. // Агрохимия. – 1991. – №. –С.62-69.
- Пат. РФ № 2229203, МПКA01B 79/02. Фиторемедиационный способ очистки почв от тяжелых металлов / Батовская Е.К., Зволинский В.П.,Салдаев А.М.; патентообладатель Государственное научное учреждение Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук. – № 2007119743/12; заявл. 28.05.2007; опубл. 27.06.2009.
- Пат.РФ № 2424643, МПК A01B79/02. Способ создания агрофитоценозов мелиоративного назначения в бросовых рисовых чеках / Зволинский В.П., Богосорьянская Л.В., Салдаев А.М.; патентообладатель Государственное научное учреждение Прикаспийский научно-исследовательский институт аридного земледелия Российской академии сельскохозяйственных наук. – № 2009112468/21; заявл. 03.04.2009; опубл. 27.07.2011.
- Пат. РФ № 2555034, МПК E02B13/00, B09C 1/00. Способ рассоления тяжелых засоленных земель / Бородычёв В.В., Губин В.К.,Коломийцев Н.В.,Максименко В.П., Храбров М.Ю.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова». – № 2014106774/13; заявл. 25.02.2014; опубл. 10.07.2015.
- Пат. РФ № 2665073, МПК A01B 79, B09C 1/00.Фиторемедиационный способ очистки почв, загрязненных тяжелыми металлами / Куриленко В.В., Осмоловская Н.Г.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный университет». – № 2017137084; заявл. 20.10.2017; опубл. 28.08.2018.
- Пат. РФ № 2729377, МПК A01B79/02, A01G22/00. Способ возделывания амаранта на семена / Бекузарова С.А., Аль-Азаун Н.М.Х., Дзампаева М.В., Датиева И.А.; патентообладатель Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный научный центр «Владикавказский научный центр Российской академии наук». – № 2019129376; заявл. 17.09.2019; опубл. 06.08.2020.
- Почвенная карта Кемеровской области. Комитет по геодезии и картографии Министерства экологии и природных ресурсов РФ. Новосибирск, 1998 г.
СанПиН 2.1.7.1287-03 Санитарно-эпидемиологические требования к качеству почвы: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы.–М.: Федеральный центр госсанэпиднадзора Минздрава России, 2004.–16 с.
- Сариев, А.Х. Пути восстановления техногенно нарушенных земель на Енисейском Севере / А.Х.Сариев// Охрана окружающей среды и промышленная деятельность на Севере. Материалы 2ой межд. экологической конф. Норильск, 2011. – С. 28-32.
- Свидерский А.К. Макрофиты – индикаторы экологического состояния поверхностных вод / А.К.Свидерский. – Павлодар: Инновационный Евразийский Университет, 2006. – 208 с.
- Селюкова, С.В. Экологическая оценка содержания свинца, кадмия, ртути и мышьяка в агроэкосистемах юго-западной части центрально-черноземного района России: дис. … канд. биол. наук: 03.02.08 / Селюкова Светлана Викторовна. – Белгород, 2018. –133 с.
- Семенов, А.М. Здоровая почвенная экосистема – основа здорового фитоценоза/А.М Семенов, А.П. Глинушкин, М.С. Соколов // Успехи современной науки. – 2017.– Т.2. – №10. – С.29-33.
- Семенов, А.М. Концепция здоровья почвы: фундаментально-прикладные аспекты обоснования критериев Семе оценки / А.М.Семенов, М.С.Соколов // Агрохимия. – 2016. –№ 1. – С. 3-16.
- Семёнов, А.М. Система для непрерывной селекции микробных сообществ с биоконтролирующими свойствами корневых патогенов / А.М.Семёнов, А.Х.К.Ван Бругген, Е.В. Семенова // Тезисы докладов Всероссийской конференции «Сельскохозяйственная микробиология в XIX–XXI веках». Санкт-Петербург, 2001.– С. 73–74.
- Скороходов, В.Ю. Эффективность короткоротационных севооборотов на чернозёмах южных Оренбургского Предуралья: дис. … канд. с.-х. наук: 06.01.01 / Скороходов Виталий Юрьевич. – Оренбург, 2005. – 170 с.
- Соколов, М.С. Биологическая защита растений в США / М.С.Соколов, Е.В. Литвишко // Защита растений. –2003. – № 11. – С. 18-20.
- Соколов, М.С. Экологизация защиты растений / М.С. Соколов, О.А. Монастырский, Э.А. Пикушова – Пущино: ОНТИ НЦБИ РАН, 1994. – С. 322-336.
- Сорокин, О.Д. Прикладная статистика на компьютере / О.Д. Сорокин. – 2-е изд. – Краснообск, ГУП РПО СО РАСХН, 2010. – 237 с.
- Союз органического земледелия – официальный сайт https://soz.bio/wp-content/uploads/2018/01/gost-33980.pdf
- Справочник по состоянию на 01.01.2002 г. Комитет по земельным ресурсам и землеустройству по Кемеровской области.
- Сухов, А.Н. Приемы восстановления плодородия светло-каштановых почв в биологизированных севооборотах Нижнего Поволжья / А.Н. Сухов, А.И. Беленков, А.В. Гулин // Научный вестник. – 2002. – С. 83-88.
- Тяжелые металлы и неметаллы в системе почва-растение: монография / В. Б. Ильин; отв. ред. А. И. Сысо; Российская акад. наук, Сибирское отделение, Ин-т почвоведения и агрохимии. – Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения РАН, 2012. – 218 с.
- ФГБУ «Кемеровская МВЛ». О превышении ПДК мышьяка в почвах [Электронный ресурс]режим доступа http://www.kemmvl.ru/home/novosti/1443-o-prevyshenii-pdk-myshyaka-v-pochvakh(дата обращения 16.05.2020).
- Цветков, В.Ф. Из опыта лесной рекультивации земель в зоне воздействия промышленных выбросов на Кольском полуострове / В.Ф.Цветков, Е.А.Черкизов // Влияние промышленных предприятий на окружающую среду. М.: Наука, 1987. – С. 112-119.
- Черная Книга флоры Сибири / ред. Ю.К.Виноградова, А.Н.Куприянов. – Новосибирск: Гео, 2016. – 439 с.
- Шульгин, Н.В. Мониторинг почв Кемеровской области на содержание мышьяка / Н.В.Шульгин, С.В.Свиркова, М.П. Ефременко // Успехи современного естествознания. – 2017. – № 6. – С. 113-117; URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36509 (дата обращения: 16.05.2020).
- Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. – М.: Колос, 2002. – 584 с.: ил.1.
- Яковлев, А.С. Об охране почв / А.С.Яковлев,А.Н. Прохоров, Т.В.Решетина //Бюллетень «Использование и охрана природных ресурсов в России». –2001. – № 7. –С. 49-52.
- BezFormata [Электронный ресурс] режим доступа: https://kemerovo.bezformata.com/listnews/pochvah-selskohozyajstvennih/64495758/(дата обращения 16.05.2020)].
- Buyer, J.S. Microbial diversity in the rhizosphere of corn grown under conventional and low-input systems / J.S.Buyer, D.D.Kaufman // Appl. Soil Ecol. – 1996. – V. 5. – P. 21-27.
- Clark,M.S. Nitrogen, weeds and water as yield-limiting factors in conventional, low-input, and organic tomato systems / M.S. Clark, W.R. Horwath, C. Shennan // Agric. Ecosyst. Environ. – 1999. – V. 73. – P. 257-270.
- Doran, J.W. Soil health and sustainability / J.W.Doran, M.Sarrantonio, M.A.Liebig // Adv. Agron. – 1996. – V. 56. –Р. 1–54.
- Doran, J.W. Soil health and sustainability: managing the biotic component of soil quality / J.W.Doran, M.R.Zeiss // Applied Soil Ecology. – 2000. – V. 15. – P. 3–11.
- Drury, C.F. Microbial biomass and soil structure associated with corn, grass and legumes / C.F.Drury, J.A.Stone, W.I. Findlay // Soil Sci. Soc. Am. J. – 1991. – V. 55. – P. 805-811.
- Ferris, H. Unearthing the role of biological diversity in soil health / H. Ferris, H. Tuomisto // Soil Biology and Biochemistry. – 2015. – V. 85. – P. 101-109.
- Finckh, M.R. Organic production of annual crops / M.R. Finckh, A.H.C. van Bruggen // In Plant Diseases and Their Management in Organic Agriculture / ed. by Finckh M.R., van Bruggen A.H.C., Tamm L. APS PRESS, 2015. 424 p.
- Franzluebbers, A.J. Soil organic carbon, microbial biomass and mineralisable carbon and nitrogen in sorghum / A.J. Franzluebbers, F.M. Hons, D.A. Zuberer // Soil Sci. Soc. Am. J. – 1995. – V. 59. – P. 460-466.
- Garbeva, P. Microbial diversity in soil: selection of microbial populations by plant and soil type and implications for disease suppressiveness / P. Garbeva, J.A. Van Veen, J.D. Van Elsas // Ann Rev Phytopath. – 2004. – V. 42. – P. 243-270.
- http://www.ifoam-eu.org/en/what-we-do/organic-regulations (датаобращения 30.03.2016) Organic regulations. URL.
- Janvier, C. Soil health through soil disease suppression: Which strategy from descriptors to indicators? / C. Janvier, F. Villeneuve, C. Alabouvette // Soil Biol. Biochem. – 2007. – V. 39. – P. 1–23.
- Müder P. Soil Fertility and Biodiversity in Organic Farming / P. Müder, A. Flieβbach, D. Dubois // Science. – 2002. – V. 296. – P. 1694–1697.
- Schjünning,P. Soil quality aspects of humid sandy loams as influenced by organic and conventional long-term management / P. Schjünning, S. Elmholdt, L.J. Munkholm // Agric. Ecosyst. Environm. – 2002. – V. 88. – P. 195-214.
- Semenov, A.M. Physiological bases of oligotrophy of microorganisms and the concept of microbial community / A.M. Semenov // Microb. Ecol. – 1991. – V. 22. – № 1. –Рp. 239-247.
- Tamm L. Organic perennial crop production / L. Tamm, H. Willer, A.H.C. van Bruggen // In Plant Diseases and Their Management in Organic Agriculture / ed. by Finckh M.R., van Bruggen A.H.C., Tamm L. APS PRESS, 2016.– 418 p.
- Van Brüggen, A.H.C General principles of organic production / A.H.C. Van Brüggen, M.R.Finckh // In Plant Diseases and Their Management in Organic Agriculture / ed. by Finckh M.R., van Bruggen A.H.C., Tamm L. APS PRESS, 2015. –424 p.
- Van Brüggen, A.H.C. In search of biological indicators for soil health and disease suppression / A.H.C.Van Brüggen, A.M.Semenov // Appl. Soil Ecol. – 2000. – V. 15. –Р. 13-24.
- Van Diepeningen, A.D. Effects of organic versus conventional management on chemical and biological parameters in agricultural soils / A.D. Van Diepeningen, O.J. de Vos, G.W. Korthals // Appl. Soil Ecol. – 2006. – V. 31. – P. 120-135.
- О’Neill, R.V. A hierarchical concept of ecosystems. Princeton: Princeton Univ. Press, 1986. 253 p. 28. Semenov A.M. Physiological bases of oligotrophy of microorganisms and the concept of microbial community // Microb. Ecol. – 1991. – V. 22. – № 1. Рp. 239–247.