+7 (342) 299 99 69

пн-пт с 900 до 1800

logotype
ГлавнаяО ТБОЛитератураТвердые бытовые отходы: антропогенное звено биологического круговоротаВлияние компоста из ТБО на накопление тяжелых металлов растениями

Влияние компоста из ТБО на накопление тяжелых металлов растениями

Поведение химических элементов в системе почва-растение определяется множеством факторов, которые можно разделить на две группы:

  • факторы внешней среды;
  • свойства химического элемента, определяющие его поведение в окружающей среде.

Наиболее хорошо изучена зависимость поступления тяжелых металлов в растения от буферной способности почвы, формы и концентрации, в которых элемент находится в почве, и от генетически обусловленных (видовых и сортовых) особенностей растений (Горбатов, Зырин, 1987; Минеев, 1988; Климашев-ский, 1991; Шильников и др., 1994; Овчаренко и др., 1996; Тяжелые металлы..., 1997). К свойствам химического элемента, определяющим его биодоступность, относятся: знак заряда иона, величина заряда иона, форма соединения, способность к комплексообразованию и гидролизу (Прохоров, 1981).

При прогнозировании агроэкологических последствий использования переработанных отходов для повышения плодородия почв первоочередной задачей является изучение закономерностей распределения ТМ в системе удобрение-почва-растение в процессе трансформации органосодержащих веществ в почве.

Накопление тяжелых металлов растениями наблюдали в течение 3-х вегетационных периодов. Опытные культуры - пекинская капуста и кормовые бобы. Влияние компостов из ТБО на переход ТМ в растения оценивали по отношению к контролю (известкование по 0,25 Нг) и варианту с компостом из ОСВ.

Минерализация органического вещества компоста из ТБО должна сопровождаться переходом тяжелых металлов в почвенный раствор в формах, доступность которых для растений хорошо иллюстрируют коэффициенты накопления. Коэффициент накопления (КН) представляет собой отношение концентрации элемента в растениях Ср к концентрации в почве Сп:

КН = Ср/Сп.

Концентрации ТМ в почве опыта после внесения удобрений представлены в таблице 3.9.

Таблица 3.9. Концентрации ТМ в почве опыта после внесения удобрений, мг/кг

Вариант

Zn

Си

Мп

N1

Ее

1. Контроль

73,0

40,0

865,0

7,0

15438

2. Свежий ТБО

104,4

46,2

869,5

9,4

15583

3. Годичный ТБО

136,6

48,9

880,1

13,2

15965

4. Биотопливо

130,2

48,1

874,2

9,2

15965

5. Компост из ОСВ

84,9

44,2

880,7

7,8

16002

в вариантах 2-5 расчетные значения (по данным табл. 3.1)

Коэффициенты накопления рассчитывали для растений из почвы в целом, с учетом внесения элемента с удобрениями (КН1), и из удобрений (КН2) как отношение разности концентраций в растениях в варианте с удобрением и контрольном варианте (С - Ск) к количеству элемента, внесенного с удобрением на кг почвы (табл. 3.10). Этот способ расчета основан на допущении, что внесение удобрений не влияет на доступность элементов, содержащихся в почве. Аналогичный прием применяется при вычислении коэффициентов использования питательных веществ из почвы и удобрений (Агрохимия, 1989).

КН2 для каждого варианта рассчитывали только по тем повторностям, в которых концентрация ТМ в растениях (С) превышала среднюю концентрацию данного металла в контроле (Ск). Если превышение наблюдали только в одной повторности, для значения КН2 не указывали погрешность (±) (табл. 3.10). Такой подход к расчету завышает показатель КН2, но позволяет оценить максимально возможный в условиях данного опыта переход ТМ в системе удобрение - растение.

Опыт показал, что биодоступность ТМ, поступающих в почву с переработанными ТБО, существенно ниже, чем при внесении их в составе компоста из ОСВ: в варианте 5 были получены наиболее высокие значения КН1 Ъп, N1 и Мп.

В вариантах с компостами из ТБО на протяжении всего срока наблюдений КН1 Ъп, Си, Мп, N1 и Бе были на уровне и ниже, чем в контроле. Только в 1998 г. (2-й урожай) в некоторых вариантах наблюдали увеличение накопления Си растениями. Однако в течение времени доступность элементов заметно изменялась, о чем свидетельствуют значения КН2 (табл. 3.10).

Таблица 3.10. Коэффициенты накопления тяжелых металлов растениями пекинской капусты (КН1 - из почвы в целом, КН2 - из удобрений)

Варианты

Zn

Cu

Mn

Ni

Fe

 КН1  КН2  КН1  КН2  КН1  КН2  КН1  КН2  КН1  КН2

1998 год, 1-й урожай

1. Контроль

2. Свежий ТБО

1,0 ±0,01

 —

0,11±0,01

0,02±0,01

1,01±0,01

0,11±0,01

3. Годичный ТБО

0,45±0,06

-

0,09±0,01

0,06±0,05

0,04±0,03

2,11

1,13±0,04

1,33

0,1±0,02

0,12

4. Биотопливо

0,61±0,13

0,31

0,11±0,02

0,18±0,1

0,03±0,02

1,94

0,62±0,15

0,08±0,03

5. Компост из ОСВ

2,27±0,01

10,1±0,03

0,11±0,03

0,32

0,09±0,01

4,2±0,6

2,93±1,0

20,7

0,12±0,02

0,52

1998 год, 2-й урожай

1. Контроль

2. Свежий ТБО

1,11±0,01 0,80±0,12

0,38

0,03±0,01

0,05±0,02

0,18±0,18

0,01

2,0

0,34±0,01

0,05±0,03

0,05±0,01

0,03±0,01

3. Годичный ТБО

0,62

0,04

0,07±0,06

0,33±0,31

0,02

1,11

0,06±0,01

0,04±0,01

4. Биотопливо

0,78±0,1

0.34±0,23

0,09±0,01

0,4±0,08

-

-

0,01±0,01

0,04±0,01

0,13

5. Компост из ОСВ

3,16

15,5

0,06±0,01

0,35±0,17

0,02

1,10

0,04±0,01

1999 год

1. Контроль

2,0±0,4

0,10±0,01

0,03±0,004

1,0±0,3

0,02±0,01

2. Свежий ТБО

1,2±0,2

0,10±0,04

0,42±0,11

0,03±0,004

0,5±0,1

0,4±0,2

0,02±0,01

3. Годичный ТБО

1,2±0,3

0,8±0,1

0,09±0,02

0,16±0,01

0,04±0,010

0,5±0,6

0,2±0,2

0,06±0,01

0,8±0,2

4. Биотопливо

1,1±0,2

0,1±0,01

0,09±0,03

0,15±0,08

0,03±0,004

0,5±0,1

0,01±0,01

5. Компост из ОСВ

4,4±0,7

18,7±4,7

0,13±0,04

0,64±0,22

0,04±0,01

0,9±0,4

1,2±0,3

4,0±2,2

0,05±0,02

0,8±0,6

Использование показателя КН2 позволяет косвенно оценить доступность для растений тяжелых металлов, поступающих в почву с удобрениями. Оценка является условной, так как при внесении в почву любого удобрения или мелиоранта происходит перераспределение элементов не только в системе удобрение - почвенный раствор - твердая фаза почвы, но и нарушается равновесие между химическими, в том числе и коллоидными, формами элементов, присутствующими в почве до внесения удобрения.

Накопление марганца растениями пекинской капусты из удобрений (КН2) значительно превосходило накопление из почвы (КН1). Величины КН2 из ком-постов для цинка и меди возрастали в течение вегетационного периода 1998 г. вследствие переходов ионов в усвояемые формы в процессе взаимодействия удобрений с почвой, тогда как никель и железо оставались в недоступных для растений формах (табл. 3.10).

В таблице 3.11. представлены концентрации тяжелых металлов в растениях и коэффициенты (К), показывающие какая их доля поступила в растения из органических удобрений:

К(%) = (С - Ск)-100 / С,

где С - концентрация элемента в растениях опытного варианта, Ск - концентрация элемента в растениях в контрольном варианте (мг/кг). Следует отметить, что раздельное поступление химических элементов из почвы и удобрений в растения - это условное допущение, которое используется в агрохимии при расчете коэффициентов использования элементов из веществ, вносимых в почву.

Известно (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 1991), что естественные уровни содержания ТМ в растениях изменяются в широких пределах. Концентрации Си, 7п и Мп во всех вариантах опыта были в пределах нормы (табл. 3.11).

В растениях 1-го урожая наблюдали повышенное содержание Бе и N1. В процессе взаимодействия удобрений с почвой доступность ТМ для растений заметно изменялась. Так в 1998 г. снижался общий поток ТМ в растения. Особенно наглядно это проявилось в отношении Бе: во всех вариантах опыта концентрация этого элемента в растениях 2-го урожая снизилась в 1,8-2,5 раза по отношению к растениям 1-го урожая.

Таблица 3.11. Концентрация ТМ в растениях пекинской капусты, мг/кг сухого вещества и коэффициенты (К) показывающие, какая доля ТМ поступила в растения из удобрения

Варианты

Си Мп

N1 Ре

мг/кг К,%

мг/кг           К,%         мг/кг К,%

мг/кг           К,%         мг/кг К,%

1998 год, 1-й урожай

1. Контроль

2. Свежий ТБО

3. Годичный ТБО

4. Биотопливо

5. Компост из ОСВ

73,5±4,7

63,4±5,0 79,7±16,2 193,2±0,4

8

62

4,2±0,2

4,5±0,6 5,7±1,2 4,8±0,7

7

26 14

18,7±11,4

33,1±24,7 23,0±18,9 84,2±9,0

44

19 78

7,1±2,1

14,9±0,5 5,7±1,3 22,9±8,0

54

68

1751,9

1549,1±375,3 1211,5±502,5 1854,8±267,4

6

1998 год, 2-й урожай

1. Контроль

2. Свежий ТБО

3. Годичный ТБО

4. Биотопливо

5. Компост из ОСВ

81,7±3,7 84,4±13,0 84,5±9,1 101,3±13,5 268,6±34,2

3

3

19 70

1,3±0,3 2,5±1,1 3,3±2,8 4,6±0,7 2,8±0,7

44

56

69 50

9,1±2,0 16,9±1,7

17,3±3,1

100

100

100

2,4±1,1 0,5±0,3 0,7±0,09 0,1±0,02

-

711,3±124,7 515,8±57,7 671,8±342,4 680,6±143,7 604,0±210,0

-

1999 год

1. Контроль

2. Свежий ТБО

3. Годичный ТБО

4. Биотопливо

5. Компост из ОСВ

148,8±28,5 125,5±16,6 164,0±46,4 138,6±19,6 371,4±28,2

9

60

3,9±0,5 4,9±1,9 4,5±1,1 4,1±1,3 5,8±1,8

20

13

5

33

22,8±3,5 24,4±4,0 31,5±10,2 22,9±3,6 36,9±10,8

6

4

0,4

38

6,9±1,9 3,7±1,5 3,0±2,1 4,4±0,7 9,1±2,5

32

351,8±185,2 248,2±105,5 932,7±129,3 220,2±106,7 825,7±361,0

62

57

Нормальное содержание ТМ**

15,0-150,0

3,0-40,0

15-150

0,1-3,0

20-1000

 по средним значениям; В. Б. Ильин. (1991); А. Кабата-Пендиас, Х. Пендиас (1989).

Резкое уменьшение содержания Бе может быть обусловлено следующими причинами: различиями фаз развития растений (количество Бе в быстрорастущих тканях ниже), осаждением растворимого Бе вследствие нейтрализации кислотности почв и конкуренцией катионов других микроэлементов за места присоединения хелатирующих соединений, поступающих в почвенный раствор при разложении компоста (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989).

Наиболее высокие значения К (7п) получены в варианте с компостом из ОСВ: 60-70%. Поступление 7п из компоста из ТБО в растения не превышало 19%.

В первый год взаимодействия удобрений с почвой наблюдали резкое увеличение доли меди, поступившей в растениях 2-го урожая из удобрений - в 4-м варианте до 69%.

Опыт продемонстрировал отсутствие положительной линейной корреляции между продолжительностью взаимодействия компостов с почвой и переходом ТМ в системе удобрение - растение. На 2-й год (урожай 1999 г.) значение К для 7п, Си и Мп во всех вариантах опыта были ниже, чем для растений 2-го урожая 1998 г. (табл. 3.11).

На 3-й год проведения опыта наблюдали накопление ТМ растениями кормовых бобов сорт «Русский черный» (табл. 3.12; 3.13). Наиболее высокие концентрации и коэффициенты накопления Си, 7п, Мп, РЬ и Бе растениями, как и в предыдущие годы, получены в варианте с компостом из ОСВ.

Таблица 3.12. Концентрация ТМ в растениях кормовых бобов, мг/кг сухой массы

Варианты

Си

Мп

РЬ

2п

Бе

1. Контроль

13+3

102+21

4,2+1,4

125+87

1342+643

2. Свежий ТБО

18+1

84+10

6,2+1,4

125+41

1062+293

3. Годичный ТБО

21+3

81+6

6,7+1,2

117+24

1417+277

4. Биотопливо

19+2

82+4

4,4+1,2

181+85

1119+318

5. Компост ОСВ

22+5

132+17

7,5+0,1

231+72

2031+576

Таблица 3.13. Коэффициенты накопления тяжелых металлов растениями кормовых бобов (КН1 - из почвы в целом, КН2 - из удобрений)

Варианты

Си

Мп

2п

РЬ

Бе

1. Контроль

0,33±0,07

-

0,12±0,02

-

1,7±1,2

-

0,22±0,07

-

0,09±0,04

-

2. Свежий ТБО

0,39±0,02

0,78±0,2

0,96±0,01

-

1,2±0,4

1,6

0,19±0,04

0,16±0,08

0,07±0,02

0,74

3. Годичный ТБО

0,42±0,06

0,82±0,3

0,09±0,01

-

0,8±02

0,4

0,09±0,02

0,05±0,03

0,09±0,02

0,51±0,03

4. Биотопливо

0,39±0,05

0,67±0,3

0,09±0,01

-

1,4±0,6

1,4±1,4

0,07±0,02

0,18±0,01

0,07±0,02

0,2

5. Компост ОСВ

0,49±0,1

2,0±1,1

0,15±0,02

1,96±1,1

2,7±0,8

8,9±6,0

0,37±0,01

3,2±0,01

0,13±0,03

1,71±0,34

Известно, что одним из основных факторов, влияющих на поглощение химических элементов растениями, являются видовые особенности растений. Поэтому сравнение величин КН растениями пекинской капусты и кормовых бобов некорректно. Показателем, косвенно характеризующим изменение биодоступности для растений химического элемента, может служить отношение:

КН2/КН1 = а.

Величина а показывает, во сколько раз КН элемента растениями из удобрений был больше (или меньше, если значение а < 1), чем из почвы в целом. Иными словами,коэффициент а позволяет оценить как изменяется доступность ТМ для растений из удобрений во времени по отношению к доступности их из почвы. Использованиекоэффициента а позволяет исключить влияние видовых особенностей растений на оценку изменения биодоступности химических элементов в процессе трансформации мелиорантов в почве.

В таблице 3.14 представлены значения а для растений пекинской капусты и кормовых бобов. Если концентрация элемента в растениях опытного варианта была на уровне или ниже концентрации в растениях контрольного варианта -принимаем, что элемент в удобрениях находился в недоступной для растений форме (прочерк в таблице). Из данных табл. 3.14. видно, что Си и Мп наиболее интенсивно поступали из компостов в растения в 1998 году (2-й урожай пекинской капусты). Рост растений приходился на период от 60 до 109 суток взаимодействия удобрения с почвой. Уменьшение перехода указанных элементов в растения из удобрений по отношению накопления их из почвы наблюдали в течение 2-го и 3-го вегетационных периодов во всех вариантах опыта.

Таким образом, тяжелые металлы, поступающие в почву при использовании компоста из ТБО в качестве органического удобрения и мелиоранта, длительное время находятся в труднодоступных для растений формах.

Таблица 3.14. Значения коэффициентов сС для 7п, Си, Мп и Бе1 - пекинская капуста (1998 г. 1-й урожай); 2 - пекинская капуста (1998 г. 2-й урожай); 3 - пекинская капуста (1999 г.); 4 - кормовые бобы (2000 г.)

Варианты

а (гп)             а (Си)           а (Мп)

а ( Ре)

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1. Контроль

2. Свежий ТБО

3. Годичный ТБО

4. Биотопливо

5. Компост ОСВ

0,5 4,4

0,47 0,06

0,43

4,9

0,66 0,09 4,25

1,3

0,5

1,0

3,3

0,66

1,64

2,9

3,6

4,7

4,4

5,8

4,2

1,8

1,7

4,9

2,0

1,9

1,7

4,1

52,7

64,7

46,4

200

55,5 55,0

16,6

12,5 22,5

13,0

1,2 4,3

3,1

13,3 16,0

10,6

5,7

2,8

13,1

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)
  • Комментарии к статье
  • Вконтакте
  • Facebook

Содержимое второго блока