Автореферат (1151709), страница 2
Текст из файла (страница 2)
На следующем этапе исследований составляли новые композиционные смеси из сорбентов, показавших наилучшие результаты. Для усиления процессов сорбции мышьяка отдельные природные материалы обрабатывали трехвалентным железом, которое по литературным данным (Добровольский В.
В., 1997; Черных Н. А., Милащенко Н. З., Ладонин В. Ф., 1999;.Arai Y., Sparks D.L., 2002) способно хорошо связывать мышьяк.
Рисунок 2 - Ряд поглощения подвижных форм мышьяка природными сорбентами
Диатомит и вермикулит были выбраны для обработки трехвалентным железом благодаря тому, что имеют развитую пористую структуру, что делает их хорошим каркасом для осаждения слоя железа, они не связывают его химически и тем самым не снижают его активность после внесения в почву. Сапропель и торф также обрабатывались трехвалентным железом. Ряд поглощения подвижных форм мышьяка для смесей и модификаций природных сорбентов показан на рис. 3.
Рисунок 3 - Ряд поглощения подвижных форм мышьяка смесями и модификациями природных сорбентов
Наибольшее количество подвижных форм мышьяка было поглощено смесью диатомита, обработанного Fe3+, и голубой (каолинитовой) глины (87%). По результатам данного опыта для дальнейшего исследования были выбраны следующие перспективные композиции: диатомит, обработанный Fe3+, и голубая глина; сапропель + CaCO3.
В третьей главе приведена характеристика почвенных условий района проведения исследований. Вегетационные и лизиметрический опыты были проведены на пойменной дерново-луговой суглинистой почве, полевой опыт проводился на оподзоленном черноземе в г. Скопине Рязанской области. Эти типы почв достаточно плодородны и используются в сельском хозяйстве для выращивания зерновых и овощных культур, для выпаса скота. Выбор объектов обоснован тем, что пойменные почвы часто подвергаются загрязнению в результате разлива рек, а черноземы относятся к почвам, склонным к накоплению мышьяка.
Исследования проводились в 2009-2011 годы. 2009, 2011 годы характерны для Рязанской области по климатическим условиям. 2010г. характеризовался превышением средней температуры за вегетационный период над среднемноголетней, что стало причиной низкой урожайности во всех вариантах опыта, в том числе и на контроле.
Для выбора участка при проведении полевого опыта автором проведены рекогносцировочные исследования по оценке загрязнения почвы мышьяком на территории Рязанской области. Было выявлено, что часть плодородных почв сельскохозяйственного назначения в Скопинском районе загрязнены мышьяком (содержание загрязнителя в 2,8 – 6 раз превышает ПДК) и требуют принятия мер по их детоксикации, где и был выбран участок для проведения микрополевого опыта.
При проведении опытов на проростках использовалась стандартная методика. Проращивались семена овса, салата и редиса при 3-х уровнях загрязнения мышьяком: 20, 40 и 80 мг/кг и контроль – чистый песок. Вегетационные опыты проводились на пойменной почве, искусственно загрязненной мышьяком до тех же уровней с культурами редис, яровой овес, салат, яровая пшеница. Лизиметрический опыт проводился в ОПХ Полково в лизиметрах глубиной 1 м и площадью 1,256 м2, культура - яровая пшеница. Микрополевой опыт проводился на черноземе на делянках площадью 2 м2 в 3-х кратной повторности по стандартной методике. Отбор материалов для анализа и непосредственно анализы проводились по соответствующим ГОСТам.
В главе 4 проведена оценка влияния различных доз мышьяка на процесс прорастания семян сельскохозяйственных культур - овса, редиса, салата. В ходе проведения опыта на проростках обнаружено, что при дозе мышьяка до 40 мг/кг происходит стимуляция прорастания семян и развития фитомассы растений, при дальнейшем увеличении дозы до 80 мг/кг мышьяк оказывает заметное токсическое действие на развитие проростков (рис. 4). Однако, несмотря на отсутствие токсического эффекта при небольших дозах мышьяка, в фитомассе происходит его накопление, что делает продукцию, выращенную на слабо- и среднезагрязненных почвах практически непригодной для употреблению в пищу (в соответствии с ПДК в пищевых продуктах, установленной СанПиН 42-123-4089-86).
Рисунок 4 – Энергия проростания и общая масса проростков
Целью вегетационных опытов было исследование влияния природных сорбентов на поглощение мышьяка сельскохозяйственными культурами.
В первом вегетационном опыте было исследовано действие природных сорбентов (диатомита и сапропеля, доза внесения 10 т/га) на процесс поглощения мышьяка редисом на 3 уровнях загрязнения почвы – 20, 40 и 80 мг/кг и контроль – без загрязнения. Сапропель в чистом виде снижает в 1,3-1,4 раза поглощение мышьяка благодаря образованию органоминеральных комплексов с мышьяком, что недостаточно для получения продукции нормативного качества. Диатомит в чистом виде стимулирует процесс поглощения мышьяка растениями, благотворно влияя на ризосферные процессы, механизм физической сорбции, характерный для него, в данном случае работает слабо.
В следующем вегетационном опыте действие сапропеля усиливали путем обработки его трехвалентным железом, для сравнения результатов в этом опыте также присутствовал вариант с применением чистого сапропеля и контрольный вариант – без использования сорбентов. Доза внесения сорбентов - 10 т/га. Уровни загрязнения мышьяком те же, в качестве тест-культуры использовали овес. Сапропель, обработанный Fe3+, снизил интенсивность поглощения мышьяка растениями в 1,2 раза больше, чем сапропель в чистом виде, что является недостаточным и требует дальнейших разработок. Несущественное усиление действия сапропеля после его обработки трехвалентным железом происходит из-за того, что сапропель связывает железо достаточно прочно и не дает ему реагировать с другими веществами. Из полученных результатов можно сделать вывод, что наиболее целесообразно выбрать такой природный материал, который будет служить каркасом для нанесения слоя железа, не образуя с ним прочных химических связей.
Третий вегетационный опыт был заложен после проведения модельного опыта со смесями и модификациями природных сорбентов, в ходе его проведения исследовалось действие композиций, показавших наилучший результат – смесь №1 (диатомит, обработанный Fe3+, в смеси с голубой глиной) и смесь №2 (сапропель с СаСО3), доза внесения смесей сорбентов 10 т/га. Уровни загрязнения мышьяком – 20, 40 и 80 мг/кг и контроль – без загрязнения, в качестве исследуемой культуры – салат (рис. 5). При загрязнении почвы до 80 мг/кг смесь №1 снизила содержание мышьяка в корнях салата на 43 % относительно варианта с тем же уровнем загрязнения без внесения сорбентов, смесь №2 – на 21 %; в листьях салата соответственно на 70 и 52 %, что свидетельствует о достаточно высокой эффективности диатомита, обработанного Fe3+, в сочетании с голубой глиной.
Рисунок 5 - Содержание мышьяка в листьях салата
В четвертом вегетационном опыте исследовалось действие только смеси диатомита, обработанного Fe3+, и голубой глины (доза внесения 10 т/га) при загрязнении 80 мг/кг на поглощение мышьяка редисом, овсом и пшеницей. Смесь №1 снизила фитотоксический эффект от загрязнения мышьяком при выращивании ярового овса, яровой пшеницы, редиса. Таким образом, данная смесь не только снижает количество поглощаемого из почвы мышьяка, но также в ряде случаев позволяет несколько увеличить фитомассу растений, выращиваемых на загрязненных почвах. Разработанный сорбент (смесь №1) существенно снижает содержание мышьяка в исследуемых культурах (редис, овес, пшеница), что при соответствии дозы вносимого сорбента уровню загрязнения дает возможность получить экологически чистую продукцию. Результаты исследования показали, что при уровне загрязнения мышьяком 80 мг/кг целесообразно вносить диатомит, обработанный Fe3+, в смеси с голубой глиной в увеличенных дозах при выращивании зерновых культур и отказаться от выращивания овощных культур при данном уровне загрязнения почв.
В главе 5 приведены результаты исследования сорбционных свойств смесей на основе природных сорбентов лизиметрическим и полевым методом.
Действие составов сорбентов, показавших наилучший результат в модельном опыте (диатомит, обработанный Fe3+, + голубая глина, сапропель + CaCO3), было проверено в лизиметрическом опыте. Варианты опыта следующие:
- контроль (чистая почва, незагрязненная мышьяком),
- почва с содержанием мышьяка 40 мг/кг без внесения сорбента,
- почва с содержанием мышьяка 40 мг/кг + смесь №1 (10 т/га),
- почва с содержанием мышьяка 40 мг/кг + смесь №2 (10 т/га).
Токсическое действе мышьяка снижает урожайность пшеницы на 24 % относительно контроля в первый год проведения лизиметрического опыта, во второй год испытаний урожайность пшеницы в варианте с загрязненной почвой без сорбентов была выше, чем в варианте с чистой почвой без сорбентов на 24% (рис. 6). Это свидетельствует о том, что самоочищающая способность почвы снизила количество подвижных форм мышьяка до уровня, при котором токсическое действие загрязнителя стало слабее, и мышьяк, напротив, стал действовать как полезный микроэлемент – аналог фосфора. Однако, при этом количество накопленного в зерне мышьяка превышает установленные ПДК. Избыток железа в варианте с применением диатомита, обработанного Fe3+, в сочетании с голубой глиной снижает урожайность пшеницы на 28% относительно контроля в первый год, на второй год в лизиметрах с данным вариантом, напротив, отмечается превышение урожайности на 43 % над контрольным вариантом. В варианте с использованием в качестве сорбента сапропеля + СаСО3 урожайность в оба года проведения исследований больше, чем в контрольном варианте, что объясняется действием сапропеля как удобрения.
Рисунок 6 – Урожайность пшеницы
Диатомит, обработанный Fe3+, в смеси с голубой глиной снизил содержание мышьяка в зерне до 0-0,01 мг/кг (табл. 1). Содержание мышьяка в корнях данный сорбент снизил на 61 % (относительно варианта с уровнем загрязнения 40 мг/кг без внесения сорбентов), в стеблях – на 50 %, в среднем по всем частям растения (2011 г.) произошло снижение в 7 раз. Сапропель+СаСО3 снизил содержание мышьяка в зерне на 67-75 %, в стеблях – на 73 %, в корнях – 46 %. Содержание мышьяка в зерновой продукции в результате применения обоих сорбентов достигло принятых нормативов.
Таблица 1 - Содержание мышьяка в фитомассе пшеницы
А) 2010 г.
| Вариант | Содержание мышьяка в корнях, мг/кг | Содержание мышьяка в стеблях, мг/кг | Содержание мышьяка в колосьях, мг/кг |
| 40 мг/кг | 19,6 | 2,6 | 0,4 |
| 40 мг/кг + диатомит, обработанный Fe3+, +голубая глина | 7,7 | 1,3 | -* |
| 40 мг/кг + сапропель+CaCO3 | 10,5 | 0,7 | 0,1 |
| НСР05 | 2,43 | 0,35 | 0,05 |
Примечание - *методом рентгено-флуоресцентного анализа мышьяк не обнаружен
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
