Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,829

EFFECT OF SORBENTS FOR DETOXIFICATION OF ORDINARY CALCAREOUS CHERNOZEM OF ZINC

Безуглова О.С., Шимко А.Е.
Внесение сорбентов – бурого угля и антрацита активированного – в чернозем обыкновенный карбонатный, загрязненный цинком, показало, что на вариантах с сорбентами содержание цинка снижается сильнее, а урожайность озимой пшеницы и ярового ячменя – выше, чем на контроле.
The introduction of sorbents - brown coal and activated anthracite, - in ordinary calcareous chernozem, contaminated with zinc, showed that the variants with sorbents yield of winter wheat and spring barley is higher and the zinc content is reduced by more, than a control group.
Введение. Наибольший вклад в загрязнение почв тяжелыми металлами (ТМ) вносят промышленные и транспортные выбросы в атмосферу [2]. В почвах крупных городов ТМ содержатся зачастую в концентрациях выше допустимых, т.к. с атмосферной пылью их выпадает в городах в 3-15 раз больше, чем в окружающих ландшафтах. Территория крупных городов, как правило, загрязнена неравномерно, и на общем повышенном фоне четко выделяются техногенные аномалии выпадений, приуроченные к промышленным зонам, где концентрации цинка, никеля, свинца, ртути, хрома и других металлов возрастают обычно еще в 5-6 раз [3,4]. Вследствие этого перспективны разработки технологий детоксикации почв, загрязненных ТМ. Возможно, одним из путей решения проблемы загрязнения почв ТМ  будет использование в качестве детоксикантов экологически чистого минерально-органического природного вещества - бурого угля (БУ), а также адсорбента активированного антрацита (ААА), обладающих высокой сорбирующей способностью. 

Цель исследования - выявить возможность использования сорбентов БУ и ААА в качестве детоксикантов почв, загрязненных цинком.

Методика исследования. Модельный полевой опыт по выяснению влияния сорбентов на основе бурого и каменного углей на содержание ТМ в черноземе обыкновенном карбонатном проведен в УОХ  ЮФУ «Недвиговка». Схема опыта: 1. Контроль (без сорбентов); 2. ААА фракция 0,8-1,2 мм (60 кг/га / 6 г ААА на 1 м2); 3. ААА фракция <5 мм (60 кг/га / 6 г ААА на 1 м2) ; 4. БУ (1 т/га / 100 г на 1 м2). Полевая повторность - 4-х кратная. Было проведено исследование фонового содержания ТМ в черноземе обыкновенном карбонатном до загрязнения и внесения сорбентов. Загрязнение почвы моделировали внесением растворимой соли цинка (сульфат цинка) в количестве, соответствующем 15 ПДК (ПДК по подвижной форме 23 мг/кг) и оксида цинка в количестве, адекватном 30 ПДК (ПДК по валовой форме 100 мг/кг). Общее загрязнение в пересчете на валовую форму составило свыше 33 ПДК. Через неделю были внесены сорбенты и посеяна озимая пшеница. А на следующий год последействие проверяли на посеве ярового ячменя. Образцы почвы из пахотного и подпахотного горизонтов по вариантам опыта отбирали перед загрязнением почвы, через месяц после внесения сорбентов, после уборки озимой пшеницы (через 10 месяцев), через 18 месяцев (перед посевом ярового ячменя), через 21 месяц (после уборки ярового ячменя).

В почвенных образцах определяли содержание валового цинка рентгенфлуоресцентным методом (на приборе спектроскан «МАКС-GV») и содержание подвижных форм цинка атомно-адсорбционным методом. 

Результаты и обсуждение. В таблице 1 приведены результаты учета урожайности озимой пшеницы по вариантам опыта, они свидетельствуют, что  максимальная прибавка урожая наблюдается на варианте  с бурым углем. Обусловлено это тем, что в состав БУ входят гуминовые кислоты, тем самым он является не только хорошим мелиорантом, но и удобрением. На вариантах с ААА урожайность также выше, чем на контроле, что свидетельствует о положительном влиянии этого сорбента на состояние растений.

Таблица 1.Урожайность озимой пшеницы по вариантам опыта с загрязнением чернозема обыкновенного карбонатного солями цинка (при n = 8, Р = 0.95, tst=2.23)

Вариант

г/м2

ц/га

Прибавка

Критерий Стьюдента(tst=2,23)

ц/га

%

1.ТМ контроль

225

22,5

0

100

-

2.ТМ+АААфракция 1

300,1

30,01

7,51

133,3

1,9

3.ТМ+АААфракция 2

308,4

30,84

8,34

137,1

1,4

4.ТМ+БУ

331,2

33,12

10,62

147,2

1,5

В таблице 2 приведены результаты определения сырого протеина и клейковины в зерне озимой пшеницы. Из полученных данных видно, что качество зерна на контрольном варианте ниже требований, предъявляемых для хлебопекарной промышленности, в то же время на вариантах 2 и 4 содержание сырого протеина выше 14 %, что позволяет использовать это зерно для получения муки и выпечки хлеба. И хотя статистически полученная разница не подтверждается (на всех вариантах с сорбентами td ниже tst=2,23), тем не менее, можно говорить, что есть тенденция к увеличению клейковины и сырого протеина на варианте с ААА (фракция 1) и особенно с БУ.

Таблица 2. Содержание сырого протеина и клейковины в зерне озимой пшеницы по вариантам опыта

Вариант

Клейковина, %

Критерий Стьюдента (tst=2,23)

Сырой протеин, %

Критерий Стьюдента (tst=2,23)

1.ТМ контроль

26,3

-

13,8

-

2. ТМ+ААА фракция 1

26,8

1,02

14

0,95

3.ТМ+ААА фракция 2

26,1

0,39

13,9

0,52

4.ТМ+БУ

26,6

0,53

14,2

2,2

Примерно такие же результаты были получены и на следующий год по учете урожая ярового ячменя. Максимальная прибавка урожая наблюдалась на варианте с бурым углем, так как в состав БУ входят гуминовые кислоты, которые, как известно, обладают физиологической активностью, и особенно активно влияют на растения в экстремальных условиях [1]. На вариантах с ААА урожайность тоже выше относительно результата, полученного на контроле, что свидетельствует о положительном влиянии и этого сорбента на состояние растений. Причем лучше проявила себя более крупная фракция сорбента. На этих двух вариантах (3, 4) разница с контролем  составила 3,1 и 3,7 ц/га соответственно, что статистически достоверно с высоким уровнем доверительной вероятности (0,95). Причем качество зерна на этих вариантах также оказалось более высоким: содержание сырого протеина составило 12,8 - 12,9 %  и превысило контрольное значение (12,1 %) на статистически значимую величину.

На рис. 1 представлены данные по определению валовых форм цинка в динамике. Они показывают, что уже через месяц после загрязнения  значительная часть внесенного количества, адекватного 33 ПДК, оказалась утилизированной: содержание цинка через месяц было равным 0,044 - 0,05 %, что соответствует 4,4 - 5 ПДК.  

Рис. 1. Влияние сорбентов на содержание валового цинка (%) в черноземе обыкновенном карбонатном (А пах, 0 - 25 см)

Какая-то часть цинка, вероятно, была вымыта в нижележащие горизонты, другая часть использована растениями. Действительно, определение подвижной формы цинка показало, что в подпахотном горизонте содержание цинка составило в это же время от 99 до 119 мг/кг, что адекватно степени загрязнения в 4,3 - 5,2 ПДК по подвижным формам (рис.2).

Рис. 2. Влияние сорбентов на содержание подвижных форм цинка (мг/кг) в черноземе обыкновенном карбонатном через месяц после загрязнения

Примечательно, что через месяц после загрязнения на вариантах с сорбентами содержание валового цинка оказалось выше, чем на контроле, вероятно, именно сорбенты удерживали цинк от вымывания осенними дождями вглубь по почвенному профилю. С течением  времени степень загрязнения снижается как на контроле, так и на вариантах с сорбентами. Причем если через 10 месяцев получили четкую картину снижения количества валового цинка на вариантах с сорбентами, то более поздние отборы показали значительную удерживающую способность сорбента ААА: на вариантах с внесением этого вещества содержание валового цинка оказалось выше. Расчет критерия Стьюдента показал, что отличия с контролем на этих вариантах значимы при невысоком уровне доверительной вероятности, но как о тенденции можно говорить с большой долей уверенности (td= 2,0-2,2, при tst=2,23 для n= 8; Р= 0,95). Через 21 месяц после загрязнения наиболее низкое содержание валового цинка обнаружено на варианте с бурым углем. Возможно, этот эффект обусловлен стимулирующим рост растений действием бурого угля  и соответственно более высоким выносом цинка растениями сельскохозяйственных культур. 

Заключение. Внесение сорбентов - бурого угля и антрацита активированного - в чернозем обыкновенный карбонатный, загрязненный цинком, способствовало увеличению урожайности озимой пшеницы (наибольшая прибавка урожая  отмечена на варианте с бурым углем - 10,6 ц/га) и урожайности ярового ячменя (в последействии). Одновременно наблюдалось снижение содержания цинка в почве, что, возможно, обусловлено стимулирующим рост растений эффектом. Как сорбенты и бурый уголь, и активированный антрацит проявили себя примерно одинаково, но учитывая получение более высокой урожайности сельскохозяйственных растений, предпочтительнее использование бурого угля.

Литература

  1. Безуглова О.С. Гуминовые вещества в биосфере: учебное пособие для вузов. - Ростов-на-Дону, 2009. - 120 с.
  2. Большаков В.А., Краснова Н.М., Борисочкина Т.И., Сорокин С.Е., Граковский В.Г. Аэротехногенное загрязнение почвенного покрова тяжелы­ми металлами: источники, масштабы, рекультивация. - М.,1993. - 90 с.
  3. Приваленко В.В., Безуглова О.С. Экологические проблемы антропогенных ландшафтов Ростовской области. Том 1. Экология города Ростова-на-Дону. - Ростов-на-Дону: Изд-во СКНЦВШ, 2003. - 290 с.
  4. Экогеохимия городских ландшафтов. - М.: Изд-во МГУ, 1995. - 327 с.

Рецензенты:

  • Калиниченко В.П., д.б.н., профессор, зав. кафедрой земледелия и мелиорации, ФГОУ ВПО «Донской государственный аграрный университет», Ростовская обл.
  • Приваленко В.В., д.б.н., кандидат геолого-минералогических наук, генеральный директор ООО НПП «Экологическая лаборатория», г. Ростов-на-Дону.

Работа получена 13.07.2011.