ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА ПРОЦЕССЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ
Секция: Химия
лауреатов
участников
лауреатов
участников
XLVI Студенческая международная научно-практическая конференция «Естественные и медицинские науки. Студенческий научный форум»
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА ПРОЦЕССЫ ГУМУСООБРАЗОВАНИЯ
В Вологодской области проводится инвентаризация сельскохозяйственных угодий, которые в настоящее время вышли из севооборота. При выполнении инвентаризации определяют валовый химический состав почвы в разных горизонтах и по результатам исследования находят степень загрязнения почвы и влияние изменения химического состава на процессы гумусообразования.
Известно, то процессы гумусообразования зависят от активности микроорганизмов, рельефа местности, фракционного состава, значения кислотно-основных показателей, которые в свою очередь связаны с химическим составом [1].
На активность микрофлоры влияют примеси тяжёлых металлов, которые поступают в почву или из материнской породы, или за счёт антропогенного воздействия. К таким металлам относятся марганец, железо, ртуть, которые выступают в роли катализаторов или ингибиторов в процессах гумусообразования.
В связи с этим поставлена цель: определить влияние микроэлементов на процессы гумусообразования.
Для достижения поставленной цели решались задачи:
- Провести исследование почв, взятых из разных районов Вологодской области (Бабаевского, Устюженского, Череповецкого, Вологодского) в местах антропогенного воздействия, на степень их загрязнения;
- По результатам исследования установить степень загрязнения почв;
- Экспериментальным путём определить состав органической фракции и содержание тяжёлых металлов (железа, марганца и ртути).
На рисунке 1 приведена карта-схема мест отбора проб почвы.
Цифрами на карте обозначены районы с указанием преобладающих типов лесов: 1 - Устюженский р-н, сосняк черничный; 2 - Бабаевский р-н, сосняк черничный; 3 - Бабаевский р-н, Борисовосудское, черничник; 4 - Борисовосудское, смешанный лес; 5 - Вологодский район, смешанный лес; 6 - Череповецкий р-н, смешано-лиственный.
Рисунок 1. Карта-схема отбора проб почв Вологодской области
На первом этапе определяли долю органической фракции и индекс гумусообразования гравиметрическим методом. Результаты представлены в таблице 1.
Таблица 1.
Индекс гумусообразования
№ |
Место отбора |
Индекс гумусообразования |
1 |
Устюженский р-н, сосняк черничный |
0,031 |
2 |
Бабаевский р-н, сосняк черничный |
0,0475 |
3 |
Бабаевский р-н, Борисовосудское, черничник |
0,0715 |
4 |
Борисовосудское, смешанный лес |
0,0765 |
5 |
Вологодский район |
0,089 |
6 |
Череповецкий р-н, смешано-лиственный |
0,136 |
На втором этапе готовили водные вытяжки из почвы и определяли содержание подвижных форм различных ионов и такие показатели как рН и жёсткость. В ходе анализа использовали фотометрический, флуориметрический и потенциометрический методы. Результаты приведены в таблицах 2,3 и 4.
Таблица 2.
Физико-химические показатели и содержание анионов
№ |
рН по показанию иономера |
Общая жёсткость, мг∙экв/л |
Содержание Cl-, мг/кг |
Содержание CO3-, мг/кг |
Содержание HCO3-, мг/кг |
Содержание SO42-, мг/кг |
Содержание РО3-4, мг/кг |
1 |
5,05 |
0,367 |
94,3 |
Содержание ниже предела обнаружения |
5288,7 |
Содержание ниже предела обнаружения |
2,03 |
2 |
5,8 |
0,4 |
70,9 |
4471,3 |
4,0 |
||
3 |
4,9 |
0,533 |
118,4 |
3458,7 |
4,9 |
||
4 |
4,5 |
0,567 |
94,3 |
3660 |
12,3 |
||
5 |
5,5 |
0,533 |
94,3 |
3251,3 |
12,7 |
||
6 |
5,1 |
0,767 |
94,3 |
1628,7 |
9,6 |
Таблица 3.
Содержание азотсодержащих ионов
№ |
Содержание NO3-, мг/кг |
Содержание NO2-, мг/кг |
Содержание NH4+, мг/кг |
1 |
39,57 |
3,13 |
6,68 |
2 |
11,3 |
5,6 |
8,0 |
3 |
65,95 |
5,56 |
9,58 |
4 |
79,15 |
5,21 |
10,2 |
5 |
3,43 |
11,55 |
11,0 |
6 |
1,77 |
15,55 |
12,73 |
Таблица 4.
Содержание катионов металлов и бора
№ |
Содержание Al, мг/кг |
Содержание Fe, мг/кг |
Содержание Mn, мг/кг |
Содержание Cr, мг/кг |
Содержание Воб, мг/кг |
1 |
2,1 |
1,0 |
2,1 |
Содержание ниже предела обнаружения |
0,72 |
2 |
1,6 |
1,06 |
1,2 |
0,81 |
|
3 |
1,06 |
1,2 |
0,62 |
1,3 |
|
4 |
0,76 |
3,6 |
0,62 |
1,4 |
|
5 |
0,44 |
3,8 |
0,41 |
1,13 |
|
6 |
0,22 |
3,8 |
0,41 |
2,5 |
В ходе эксперимента было установлено, что все исследуемые образцы почв имеют слабокислый характер среды. Наименьшие значения рН имеют образцы почв 3 и 4, отобранных на территории Бабаевского района. Для этих образцов также характерно повышенное содержание хлорид-ионов и нитрат-ионов, что говорит о возможном антропогенном загрязнении.
Значение общей жёсткости для всех вытяжек небольшое, что говорит о низком содержании водорастворимых соединений кальция и магния, однако прослеживается зависимость: с увеличением жёсткости растёт индекс гумусообразования. Также установлено, что содержание гидрокарбонатов уменьшается с увеличением индекса гумусообразования.
По результатам можно вывести следующие зависимости: с увеличением содержания железа, фосфатов (включая свободный фосфор) и азотсодержащих соединений увеличивается содержание гумуса. При этом наблюдается уменьшение концентраций растворимых форм марганца и алюминия. Также наблюдается чёткая зависимость индекса гумусообразования от содержания общего бора: чем больше бора, тем выше индекс гумусообразования.
Одновременно с анализом водной вытяжки исследовали сернокислые вытяжки из зольного остатка и самой почвы. Результаты исследования представлены на рисунке 4.
Рисунок 3 Зависимость индекса гумусообразования от содержания связанных форм тяжёлых металлов
Исходя из результатов можно вывести зависимости: с увеличением содержания железа растёт индекс гумусообразования, в случае с марганцем наблюдается обратная зависимость. В случае связанных форм элементов не прослеживается чёткой зависимости, так как наличие связанных форм железа и марганца может быть обусловлено антропогенным влиянием, как для образцов № 2 и 3.
Для определения содержания ртути использовали атомноадсорбционный метод анализа, применяли Анализатор ртути «РА-915M» с пиролитической приставкой «ПИРО-915+», рисунок 5.
Результаты приведены в таблице 5.
Таблица 5.
Содержание ртути
№ |
Место отбора |
Содержание Hg, мкг/кг |
1 |
Устюженский р-н, сосняк черничный |
30 |
2 |
Бабаевский р-н, сосняк черничный |
28,63 |
3 |
Бабаевский р-н, Борисовосудское, черничник |
46,63 |
4 |
Борисовосудское, смешанный лес |
26,63 |
5 |
Вологодский район |
30,5 |
6 |
Череповецкий р-н, смешано-лиственный |
11,57 |
Зависимости между концентрацией ртути и содержанием органической фракции не прослеживается, так как большая часть ртути, находящейся в почве, попадает в окружающую среду в результате загрязнений. Наибольшее содержание ртути обнаружено в образце №3.