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 С_р к концентрации в почве С_п:

КН = Ср/С_п.

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

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 (С_к). 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).

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, С_к - 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.

 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.

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.