ВЛИЯНИЕ КРЕМНИСТЫХ ОПОК НА СВЙСТВА ПОЧВЫ

В последнее время существенно возрос интерес к возможности использования натуральных природных сорбентов для защиты пахотных земель от загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) и другими токсичными соединениями [2]. К числу таких сорбентов можно отнести кремнистые опоки, обладающие выраженными сорбционными свойствами по отношению к ионам тяжелых металлов [4]. Исследования влияния кремнистых опок на ионный состав почвенных растворов и минеральное питание растений не дают однозначного ответа на вопрос о целесообразности применения этого материала в качестве химического мелиоранта [1, с. 140–142]. Опубликованные данные свидетельствуют о том, что внесение опоки в почву может привести не только к существенному изменению ионного состава почвенных растворов, но и повлиять на гидрологические характеристики грунта [3].

Опоки характеризуются химической стойкостью, не размокают в воде и не вымываются из почвы, т.е. эффект от использования этого мелиоранта может проявляться на протяжении многих лет.

Цель работы: Изучить влияние кремнистой опоки на ионный состав почвенных растворов и ферментативную активность почвенных микроорганизмов.

Для выполнения исследований использовалась кремнистая опока Каменноярского месторождения Астраханской области, относящаяся к осадочным горным породам. Химический состав породы можно выразить формулой (%): SiO₂(78-80)·Al₂O₃(18-22)·Fe₂O₃(0,5)·CaCО₃(0,12-0,8)·H₂O(0,2-0,5). В астраханских опоках отсутствуют даже следовые количества As, Pb, Cd, Be [1, с. 140–142]. Кремнистые опоки имеют мелкопористое строение. Высокая сорбционная способность опоки по отношению к катионам металлов обусловлена наличием отрицательного заряда на поверхности сорбента [6, с. 26].

Перед применением образцы опоки дробились. В экспериментальных исследованиях использовались гранулы размером 0,25…1,0 мм.

Определение ТМ в почвах выполнялось методом атомно-абсорбционной спектрометрии на спектрофотометре «СПЕКТР-5» согласно ФР.1.31.2012.13573.

Содержание нитратов и фосфатов в почвенной вытяжке определялось спектрофотометрическим методом, согласно ГОСТ 26489-85 и ГОСТ 26207-91.

Определение каталазной активности почвы выполнялось в соответствии с [7, с. 72].

Полученные данные подвергались статистической обработке по общепринятым формулам в программе “Microsoft Excel”.

Влияние опоки на подвижность ТМ в почвах изучалось в модельном эксперименте с использованием агрозема (легкий суглинок), химический состав которого представлен в таблице 1. Опока вносилась в агрозем в количестве 0,5% от массы воздушно-сухой почвы.

Таблица 1.

Данные химического обследования агрозема

Для оценки влияния опоки на подвижность ТМ, использовались образцы агрозема, в которые были добавлены нитраты цинка, свинца, кадмия и меди.

В таблице 2 представлены данные, характеризующие влияние опоки на подвижность ТМ в экспериментальном агроземе.

Таблица 2.

Содержание ТМ в агроземе и агроземе с добавкой опоки

Согласно полученным данным, в присутствии опоки наблюдается снижение содержания подвижных форм всех изученных ТМ. Наиболее активно опока связывает катионы Cu²⁺ и Cd²⁺. Подвижность Zn²⁺ и Pb²⁺ изменяется незначительно.

Добавка опоки приводит не только к снижению подвижности ТМ, но и к уменьшению содержания фосфатов и нитратов в почвенной вытяжке (табл. 3).

Таблица 3.

Влияние опоки на содержание анионов в почвенной вытяжке

Согласно полученным данным, наиболее заметно опока влияет на содержание в почвенной вытяжке фосфатов. Снижение содержания нитрат- и фосфат-ионов в почвенных растворах может привести к ухудшению минерального питания растений.

Влияние опоки на биологическую активность почвы оценивалось по каталазной активности. Фермент каталаза имеет большое значение в осуществлении окислительно-восстановительных реакций в почвенных системах. Ухудшение экологического состояния почвы обычно приводит к снижению каталазной активности [5].

Согласно выполненным исследованиям, добавка опоки не оказывает отрицательного влияния на биологическую активность агрозема. В условиях эксперимента каталазная активность агрозема составила 1,82 мл O₂/г·мин^–1 , а каталазная активность агрозема с добавкой опоки – 1,99 мл O₂/г·мин^–1. Показатель каталазной активности измерялся на пятый день после добавки опоки в агрозем.

Выводы:

В результате выполненных исследований установлено, что внесение опоки в почву приводит к существенному изменению состава почвенных растворов. Под влиянием опоки происходит уменьшение подвижности ТМ и снижение концентрации нитратов и фосфатов в почвенной вытяжке. Снижение подвижности ТМ уменьшает риск загрязнения сельскохозяйственной продукции токсичными элементами; связывание фосфатов и нитратов может привести к ухудшению минерального питания растений.

Внесение опоки в почву приводит к некоторому увеличению показателя каталазной активности, что свидетельствует о положительном влиянии этого материала на состояние почвенных ценозов.

Список литературы:

1. Бодня М.С. Влияние опок астраханкой области на ионный состав почвы // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2011. – Т.13. – №5 (2). – С. 140–142.

2. Кириллов Максим Владимирович, Асонов Александр Михайлович Защита окружающей среды от загрязнения тяжелыми металлами с использованием природных сорбентов // Вестник ЗабГУ. 2010. №1. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/zaschita-okruzhayuschey-sredy-ot-zagryazneniya-tyazhelymi-metallami-s-ispolzovaniem-prirodnyh-sorbentov (Дата обращения: 25.04.2016).

3. Сырчина Н.В., Богатырёва Н.Н. Влияние опоки на гидрологические свойства почв Молодежь в науке: Новые аргументы [Текст]: Сборник научных работ III-го Международного молодежного конкурса (Россия, г. Липецк, 29 февраля 2016 г.). Часть I / Отв. ред. А.В. Горбенко. – Липецк: Научное партнерство «Аргумент», 2016. — С. 94–98.

4. Сырчина Н.В., Фетисова Е.А. Влияние горной породы опока на ионный состав почвенных растворов. Молодежь в науке: Новые аргументы [Текст]: Сборник научных работ III-го Международного молодежного конкурса (Россия, г. Липецк, 29 февраля 2016 г.). Часть II / Отв. ред. А.В. Горбенко. — Липецк: Научное партнерство «Аргумент», 2016. — С. 128–132

5. Пуртова Людмила Николаевна, Жарикова Елена Анатольевна Каталазная активность в почвах урбанизированных территорий юга Дальнего Востока // Известия Самарского научного центра РАН. 2013. №3-3. URL: http://cyberleninka.ru/article/n/katalaznaya-aktivnost-v-pochvah-urbanizirovannyh-territoriy-yuga-dalnego-vostoka (Дата обращения: 25.04.2016).

6. Шарапова А.В. Обезвреживание сточных вод от тяжелых металлов под действием ультразвука и утилизация противообледенительных жидкостей с применением природных сорбентов: дисс. … канд. хим. наук. – Ульяновск, 2015. – С.26.

7. Федорец Н.Г., Медведева М.В. Методика исследования почв урбанизированных территорий - Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2009. - 84 с.