Реферат: Влияние искусственно вносимой соли NaF на накопление фтора в почве и разнотравье луга

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

ХАКАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Н.Ф. КАТАНОВА

АГРАРНЫЙ ФАКУЛЬТЕТ

СПЕЦИАЛЬНОСТЬ – «310200 – АГРОНОМИЯ»

КАФЕДРА ЗЕМЛЕДЕЛИЯ

ЛЫСЕНКО ОКСАНА НИКОЛАЕВНА

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

НА ТЕМУ:

Влияние искусственно вносимой

соли

NaF нанакопление фтора

в почве и разнотравье луга

Руководительработы ____________ к.б.н., доцент Чарков С.М.

Консультантпо

экологии___________________ к.ф.н., профессор Карасев Г.Л.

Консультантпо безопасности

жизнедеятельности__________ к.б.н., профессор Карасев Г.Л.

«Допустить к защите»

Зав. кафедрой ___________

«___»____________ 2000 г.

Абакан, 2000

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …………………………………………………………………………………………………………………………… 03

Глава 1. Фтор в системе почва – растения ……………………………………… 05

1.1. Фтор какхимический элемент …………………………………………………… 05

1.2. Фтор в почве…………………………………………………………………………………………… 06

1.3. Фтор в растениях………………………………………………………………………………… 08

Глава 2. Условия проведения исследований ……………………………………… 12

2.1. Климат…………………………………………………………………………………………………………… 12

2.2. Метеорологическиеусловия ………………………………………………………… 14

2.3. Место и методикапроведения исследований ………………… 16

Глава 3. Результаты исследований …………………………………………………………… 22

3.1. Наблюдение ирезультаты исследований в 1997 г. … 22

3.2. Наблюдение ирезультаты исследований в 1998 г. … 25

3.3. Наблюдение ирезультаты исследований в 1999 г. … 28

3.4. Влияние годаисследований на накопление фтора в

почве и растениях…………………………………………………………………………………… 30

Глава 4. Экология …………………………………………………………………………………………………… 35

Глава 5. Безопасность жизнедеятельности ………………………………………… 37

Заключение ……………………………………………………………………………………………………………………… 40

Литература ……………………………………………………………………………………………………………………… 41

Приложения ……………………………………………………………………………………………………………………… 44

ВВЕДЕНИЕ

Развитие любого промышленного производства совсем недающего загрязняющих выбросов в окружающую среду не осуществимо не только вРоссии, но и не в одной стране мира. Поэтому в ближайшем будущем и отдаленнойперспективе проблема загрязнения окружающей среды, проблема взаимодействия биосферыс поступающими в нее соединениями (ксенобиотиками) в результате деятельностипроизводств будет находиться в центре внимания человечества.

В Хакасии среди техногенных загрязнителей окружающейсреды, наиболее крупными являются угледобывающая и цветная промышленность,машиностроение, теплоэнергетика, искусствено-кожевенное, комвольно-суконное,гидролизно-дрожжевое производства, автотранспорт, производство строительных материалови другие.

Первое место среди техногенных источников занимаетцветная металлургия. В Хакасии в первую очередь алюминиевая (

CaA3) к основным выбросам при производстве алюминия на СаАз-еотносятся фторосодержание газопылевые комплексы и различные аэрозоли. Впринципе не только СаАЗ, крупнейшие добывающие, машиностроительные комплексы,но и местные агропромпредприятия могут загрязнять реки, почвы и растительностьза счет распространения и локализации богатых фторидами фосфорсодержащихудобрений, моющих, красящих и других химических средств.

Актуальность.

С каждым годом в связи с расширением промышленногопроизводства увеличивается токсичное давление на окружающую среду (биосферу),тем самым непосредственно влияет на качество почв и сельскохозяйственнойпродукции.

Изучение влияния фторидного загрязнения еще не нашлодолжного отражения в литературе, тем более в республике Хакасия. Поэтомуактуальность темы дипломной работы будет стоять и в будущем.

Новизна и практическая значимость работы

: продолжено изучение вопросов, механизма загрязнения окружающейсреды фтором, а также влияние разных концентраций соли NaF нарастительный корм.

Цель работы.

Изучить влияние разных концентраций соли

NaF на почвы и разнотравьелуга.

Задачи исследований.

1)

Выявить накопление фторидов в почве и разнотравье.

2)

Изучить влияние фторидов на качество разнотравья.

3)

Выявить симптомы (внешние признаки) фторидной интоксикации.

Исследования проводились в 1998, 1999 гг. Данные за1997 год предоставлены государственной станцией агрономической службы«Хакасская».

Апробация работы.

Результаты исследований докладывались на Катановскихчтениях в 1998, 1999 и 2000 гг. ХГУ им. Н.Ф. Катанова, а также результатыисследований публиковались в сборнике «Экология Южной Сибири – 2000 г.»/Отв.ред. В.В. Анюшин. – Красноярск: Красноярский гос. университет, 1998.

Выражаю благодарность за помощь в проведенииисследований сотрудниками станции агрохимической службы «Хакасская» и особеннодиректору станции Антонову Ивану Сергеевичу и руководителю дипломной работыЧаркову Сергею Михайловичу. Рецензенту Кадычегову Алексею Николаевичу.

ГЛАВА 1. ФТОР В СИСТЕМЕ ПОЧВА – РАСТЕНИЯ

1.1. ФТОР КАК ХИМИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Особое внимание уделяется загрязнению почв тяжелымиметаллами (группа химических элементов с плотностью более 5 г/см3или относительной атомной массой более 40). По свойствам в группу тяжелыхметаллов (Т.М.) относят микроэлементы: медь, цинк, молибден, кобальт, марганец,железо. Микроэлементами в сельском хозяйстве они названы за те концентрации, вкоторых они необходимы живым органам. Однако имеется группа металлов закоторыми закрепилось только одно негативное понятие – «тяжелые», в смыслетоксичные. Это группа ртути, кадмия, фтора и свинца. Их считают наиболееопасными загрязнениями окружающей среды, так как эти металлы широкоиспользуются в промышленности и транспорте (Евтюхин В.Ф. и др., 1998).

Фтор как химический элемент, — широкораспространенный в природе не металл, который занимает 16 место среди элементоввходящих в состав земной коры. Чаще всего в природе находится в видетруднорастворимых солей апатита, топаза, полевого шпата, креалита и др.(Моришна Г.И., Гапонюк Э.И., 1993). В то же время этот элемент являетсянаиболее электроотрицательным из числа всех известных на Земле химическихэлементов; это характеризует его как химический самый активный элементобразующий многочисленные соединения, часть из которых опасны для здоровьялюдей и животных. Поэтому в списке вредных веществ фтор относится к

I классу опасности в почве и ко II-муклассу в воде (Окружающая среда, 1993).

1.2. ФТОР В ПОЧВЕ

На степень загрязнения почв фтором большое влияниеоказывает вид сельскохозяйственных угодий. Так, по результатамкрупномасштабного картирования в зоне Красноярского алюминиевого завода(пригородная зона г. Красноярска) площадь почв с чрезвычайно и высокоопаснымзагрязнением на сенокосах и пастбищах составляет 8,1 тыс. га или 25,7% от обследованных,а на пашне только 5,5% (5,4 тыс. га). Этот факт обусловлен тем, что в непахотныхпочвах фтор в основном концентрируется на самой поверхности почвы. В пахотныхже почвах в результате систематической обработки, почвы легко перемешиваются ив результате взаимодействия с почвой фтор быстрее переходит в неактивные формыза счет процессов адсорбции и минералообразования (Танделов Ю.П., 1996; КремленковН.П., Гапонок Э.И., 1983).

Применение высоких доз фосфорных удобрений может привестик загрязнению почв фтором (Потатуева, Капаев, 1979; Крейдман Ж.Е., 1998;Антонов И.С., 1996). От применения балластных и концентрированных удобрений надерново-подзолистых тяжелосуглинистых почвах, отмечено повышенное содержаниеводо-растворимого фтора в верхнем горизонте. Регулярное внесение аммофоса,увеличила на 50% содержание подвижного фтора только в пахотном горизонте, почтине изменив его в слоях 20-50 см и 50-80 см (Антонов И.С., 1996).

По данным Потатуевой Ю.А. (1996) внесение навоза израсчета 10 т/га ежегодно, привело к повышению содержания в почве(дерново-подзолистой тяжелосуглинистой) водо-растворимого фтора в 2 раза,количество которого достигало тех же величин, что и при систематическомвнесении аммофоса.

По данным Ю.П. Танделова (1997) на мощном черноземеМироновского НИИ селекции и семеноводства пшеницы в опыте с бессменнойкультурой кукурузой, где за время проведения опыта (1929-1974 гг.) было внесеноР2О5 2320 кг/га общее содержание фтора в почве возрослона 22-28%.

Длительное применение суперфосфата в опыте во ВНИИ сахарнойсвеклы и сахара, повысило содержание фтора в почве на 90% по сравнению сконтролем (Танделов Ю.П., 1997).

Во Франции, где в течении длительного времени применяютсявысокие дозы минеральных удобрений содержание фтора в пище составляет 10 мг/кгсухого вещества в США интенсивно удобряемая кукуруза содержит фтор в концентрациях8 мг/кг сухого вещества. Тогда как в нормальных условиях, фтора содержится вмг/кг: в зерне – 0,2-0,7; соломе – 2-7; картофеле – 0,2-0,9; в свекле –0,2-0,6; в сене – 0,2-2,3 (Танделов Ю.П., 1997).

Одним из источников загрязнения агросистем являютсяхимические средства защиты растений. Так Н.Н. Мельниковым и Ю.А. Баскаковым(1962) установлено, что в течение длительного времени загрязнение агроэкосистемфтором происходило от применения пестицидов.

Имеются данные о снижении ферментативной активностинекоторых почв при добавлении в почву

NaF (Russel, Swiecicki, 1978). В эксперименте проведенном Г.В. Цаплиным (1994), надерново-подзолистой, слабоокультуренной почве наблюдалось подщелачивание почвы,как следствие NaF. При высоком уровне загрязнения (1000 мг фтора на кг почвы)почва заплывала, нарушалась ее структура, появлялись признаки осолонцевания.Высокий уровень загрязнения вызывал деструкцию гумусовых веществ. Фтористыесоединения могут оказать заметное влияние на почвенные микроорганизмы (ГапонюкЭ.И. и др, 1981). При содержании фтора в почвах выше 1000 мг/кг наблюдаетсяснижение активности почвенных микроорганизмов (уреазы, фосфатазы,дегидрогеназы) по сравнению с контролем. Фтористые соединения замедляют ростсистематических групп почвенных микроорганизмов (Оглоблина Р.И., 1977).

Для валового фтора ПДК не определено. Степеньзагрязнения почв фтором оценивается по водо-растворимым формам, содержаниекоторых не должно превышать 10 мг/кг почвы (Санитарные нормы, 1987).

Поступление фтора в растения, изменение его миграционныхсвойств в почве зависит от его общего содержания в почвах, форм его соединений,свойств почвы: кислотности, механического состава, минералогического состава,наличия карбонатов, окисления железа и алюминия (Танделов Ю.П., 1997; БезиковаО.А., 1997).

Содержание водо-растворимых форм фтора тем выше, чембольше степень засоления почв, но при этом содержание фтора зависит от составасамой (Филиппова Г.Р. и др., 1971).

Среди отечественных и зарубежных ученых давноустановилось мнение, что щелочные и слабощелочные, богатые кальцием черноземы,каштановые почвы (в нашей республике они составляют более 90%) химически прочносвязывают выпадающий на поверхность с аэровыбросами фтор, приводя его внерастворимые флюоритные, фтораппатитовые и другие соединения (Антонов И.С.,1996).

1.3. ФТОР В РАСТЕНИЯХ

Фтор влияет на метаболизм растений и способенвызывать снижение темпов поглощения кислорода, расстройства респираторнойдеятельности, снижение ассимиляции питательных веществ, уменьшение содержанияхлорофилла, подавление синтеза крахмала, разрушение ДНК и РНК и ингибироватьряд других процессов.

Установлено, что фториды ингибируют ферменты:энолазу, фосфорглюкомутазу, фосфотазу (Власюк П.А, Мищенко В.Н., 1967).

Потатуева Ю.А. и Копаева М.Н. (1978) указывают на неравномерностьраспределения фтора по органам растений: большая его часть накапливается вкорнях, чуть меньше его в вегетативной массе (солома, листья, стебли) и менеевсего фтора содержится в зерне. По сообщению Беляковой Т.М. (1997) в культурных растениях фтор в основномнакапливается в листьях и стеблях, меньше в плодах.

В своей работе Безикова О.А. (1997) прослеживаетпрямую связь между уровнем фтора в почве и накоплением его в соломе. Присодержании фтора в почве 60,6 мг/кг в соломе его накапливалось 43, 7 мг/кг, при17,6 мг/кг – 35,8, при 1,8 мг/кг –только 28,6 мг/кг. При этом на урожайность зерна это не оказывало ни какоговлияния.

А. Хеннинг (1976, Германия) считает, что чувствительностьрастений к фтору наступает при очень высокой концентрации его в почве, длягречихи, например, 900 мг/кг.

Злаковые растения имеют ряд симптомов при действиина них фторидов высокой концентрации. Кончики листьев могут приобретатьбледно-коричневый или даже белый цвет, хлоротические точки и полосырасположенные вдоль листа жилки по краю и направлению к кончику листа. Частохлоратическая узкая полоса отделяет некротическую (мертвую) ткань от здоровой(Антонов И.С., 1996; Хольбваш Г., 1998).

Передерий О.Г. и Мишлевич Н.В. (1991) приводятданные, что содержание в луговой траве 60-71 мг/кг фторидов, не дает каких-либовидимых признаков поражения растений, тогда как ПДК фтора в траве 1,5 мг/кг.Есть сообщения авторов Орлова Д.С., Воробьевой Л.А., Мотузовой Г.С. и др.(1988), Морошиной Г.И., Гапонюк Э.И. (1993), Майкла Трешой (1998), что даже приналичии очень высоких концентраций фтора в листьях, еще не означает, что эти листьястанут обязательно поврежденными. Десслер Х.Г. (1981) же утверждает, что местныерастения отрицательно реагируют на наличие в воздухе токсических веществ даже вмалых дозах, в зависимости от длительности экспозиции, это приводит кмногочисленным нарушениям физиологических функций, угнетению и отмиранию отдельныхгрупп клеток, участков тканей, что нередко приводит к гибели растений.

Некоторые растения настолько восприимчивы к загрязнениювоздуха и почвы, что поражаются при концентрации фторидов незначительнопревышающей фоновую. Это свойство растений используется в мониторингезагрязнения воздуха, почв и других средств, как метод биоиндикации исимптомологии (Антонов И.С., 1996).

Обнаружение симптомов на растениях, распределениепораженных растений на местности, влияние на вид растения описаны в работеТрешоу М. (1998).

Однако, в каких концентрациях фторидов в воздухе,воде, почве, в каких фазах произрастания растений проявляются эти отрицательныеэффекты, имеются слишком мало официальных публикаций.

Реакция растений на загрязнение фтором даже до появлениякаких-либо симптомов токсичности, проявляется в ослаблении темпов роста,снижение урожайности. Однако наиболее опасным последствием фторидногозагрязнения является накопление его в кормовых растениях (

Miller, 1973). По данным Петрухина И.В. (1989) предельно допустимымиконцентрациями фтора в кормах, принятыми в некоторых зарубежных странахявляются:

-

трава 1,5 (мг/кг);

-

корнеплоды 2,3;

-

сено 30,0;

-

солома 15,0;

-

зерновые корма 3,0.

При повышении этих значений существует вероятность заболеванияживотных флюорозом. Клинические признаки развиваются через 6 – 12 месяцев припоступлении фтора с водой, содержащей элемент в концентрациях от 5 мг/кг и вышеили же с кормами, в которых уровень фтора превышает 100 мг/кг (Таланова Г.А.,Хмелевский Б.Н., 1991). Допустимая концентрация фтора в ежегодном рационесоставляет: для овец – 50, коров – 30, свиней – 70 мг/кг (Танделов Ю.П., 1997).

В республике Хакасия загрязнением фтором окружающейсреды занимаются сотрудники станции агрохимической службы «Хакасская» АнтоновИ.С., Градобоева Н.А., Сачкова Г.В. и др., однако изучение данной проблемытребует дальнейших исследований, а нами сделана лишь незначительная попытка затронутьвопросы влияния фторосодержащих соединений на почву и естественный травостой.

ГЛАВА 2. УСЛОВИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1. КЛИМАТ

На территории Хакасии выделяют следующие природные зоны:а) степь; б) лесостепь; в) подтайга; г) тайга.

Площадь степной зоны около 1,5 млн. га. Степныеземли расположены в пределах Минусинской котловины. Территория эта являетсянаиболее обжитой и освоенной частью еспублики. Рельеф холмисто-сопочный,сочетающийся с крупными длинными равнинами. Абаканская степь (Восточная частьУйбатской степи), расположена на левобережье реки Абакан (Куминова А.В., 1974).

Зона проведения опыта характеризуетсярезко-континентальным климатом. Он проявляется в больших амплитудах колебаниятемператур между самым холодным месяцем январем и самым теплым – июлем.

Наиболее высокие температуры лета Хакасиинаблюдается в районе Абаканской степи: средняя – до 200,максимальная — до 32…390С. С приближением к предгорьям и придвижении на север средние температуры июля несколько понижаются.

Средняя температура самого холодного месяца – января– почти по всей территории колеблется от – 19 до – 210С. Минимальныеже температуры часто доходят до – 40…490С. Годовая амплитудаколебания максимальных температур достигает 880, среднемесячных –вдвое меньше.

Вегетационный период в пределах среднесуточныхтемператур 50С, продолжается 155-165 дней. В предгорьях и севернойчасти степной зоны он сокращается на 8-14 дней.

В степной зоне последние заморозки отмечаются вовторой половине мая, а первые начинаются в конце сентября. Здесь наблюдаетсянаиболее продолжительный безморозный период в течение 115 дней. В предгорныхрайонах весенние заморозки часто затягиваются до конца мая – начала июня, апервые осенние начинаются в первой декаде сентября (Климатический справочник,1967).

Современный почвенный покров степной зоны Хакасииочень разнообразен. Преобладают почвы черноземного типа (черноземы обыкновенныеи южные) и малоразвитые щебнистые почвы. Менее распространены каштановыесолонцовые, солончаковые и луговые почвы (Градобоев Н.Д., 1954).

Почвы степной зоны зимою охлаждаются и промерзают наглубину (1,7 м), в связи с малой мощностью снегового покрова, более низкимизимними температурами воздуха и его большой сухостью. Весной же они оттаивают ипрогреваются быстрее.

В степной зоне самая низкая среднесуточная относительнаявлажность воздуха (30%) бывает в мае.

В отдельные жаркие дни лета в 13 часов она снижаетсядо 7%. Наибольшее количество с относительной влажностью ниже 30% наблюдается вмае-июне.

Испаряемость с водной поверхности в сухостепной зоневдвое превышает годовую сумму осадков, причем наименьшее испарение происходит вянваре – 3 мм, наибольшее в мае 110 мм.

В степных районах республики выпадает наименьшее количествоосадков – 250-260 мм. К северу и востоку их количество постепенно возрастает до300-350 мм.

В течение зимы осадки выпадают в среднем около 10% годовыхосадков, а основное их количество (более 60%) приходится на летний периодиюль-август. Преобладают при этом дожди ливневого характера.

Характерной особенностью климата степной зоныявляются постоянные и довольно сильные ветры. Весною, а иногда и в зимнее времяони нередко переходят в черные бури, когда ветром разрушаются и сносятсяверхние наиболее плодородные горизонты почвы (Агроклиматический справочник,1961).

2.2. МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

За годы исследований особых различий в климате погодам не наблюдалось.

В 1997 году осень была сухой, в зимний период выпалодостаточно снега, но в силу того, что весна была ранней, с высокой температуройвоздуха, снег в основной своей массе сублимировал, в почву влаги от таянияснега поступило мало. Весенние осадки, как правило невелики и не обеспечили полнойпотребности во влаге (таблица 1).

Таблица 1

Среднемесячная температура воздуха и количество осадков

за период вегетации в 1997 г.

метеостанция «Хакасская»

Май

Июнь

Июль

Август

Средняя

t0С

13,1

17,3

18,7

17,2

Осадки, мм

25,0

67,0

50,0

58,0

В 1998 году весна была умеренно теплая, ветряная с малымколичеством осадков. В целом за месяц средняя

t0 воздуха равна +10…+120С, что на 10Степлее прошлогодних значений. Количество осадков за май месяц составило 20-25мм или 47-70%.

Июнь выдался обычным по температурному режиму и также по выпавшим осадкам. В общем за месяц сумма осадков составила 57,7 мм. Июль– жаркий с небольшим количеством осадков. Необычайно теплой выдалась

I декада, а II декада на 2-40Свыше нормы.

Август был теплым. Первые две декады погода быланаиболее жаркой с небольшим количеством осадков (таблица 2).

Таблица 2

Среднемесячная температура и количество осадков

за период вегетации в 1998 г. метеостанция «Хакасская»

Май

Июнь

Июль

Август

Средняя

t0С

11,5

16,6

22,0

19,9

Осадки, мм

23,4

57,7

24,9

33

В 1999 году весна была теплее по сравнению спредыдущими годами. Среднесуточная температура в

I декадемая превысила прошлогодние значения на 5,70. Осадки составили 171%от нормы, во II декаде осадки были незначительны, III декадабыла богата осадками и среднедекадная температура воздуха была на 50Сбольше прошлогодних значений. Первая декада июня была теплее с частыминебольшими осадками. Сумма осадков 68% от нормы. Вторая декада была холодной.Среднедекадная температура 14,10С, что на 30С нижепрошлогодних значений. Сумма осадков составила 45% от нормы. Конец июня был умереннотеплым, осадки составили 55% от нормы. В следствие сухой теплой погодынаблюдалась почвенная засуха. В июле так же наблюдалась почвенная засуха, таккак во второй декаде погода была жаркая с суховейными явлениями природы. Августбыл холодным с большим количеством осадков во II и III декадах 100% и 211% от нормы (таблица 3).

Таблица 3

Среднемесячная температура и количество осадков

за период вегетации в 1999 г. метеостанция «Хакасская»

Май

Июнь

Июль

Август

Средняя

t0С

15,9

17,3

22,8

19,8

Осадки, мм

33,0

34,0

69,0

85,0

2.3. МЕСТО И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

Смирновский сосновый бор посажен Хакасскимлесничеством Министерства сельского хозяйства РСФСР в 1965 году на площади 65га. В настоящее время бор находится на землях лесопользования Государственногоплем завода «Россия» Алтайского района республики Хакасия (рис. 1). Среднийвозраст Смирновского соснового бора 30-32 года. Лесопосадки расположены на двухвозвышенностях с вершинами №1 – 380 и №2 – 471 м над уровнем моря, представленныхпочвенным покровом легкого механического состава.

Лесные насаждения направлены с севера на юг, между рядамисосны посажена акация желтая и частично облепиха крушиновая. Вдоль дорогиАбакан-Бея, против озера произрастают Береза бородавчатая, единично — Черемуха.

По окраинам лесопосадки травянистый покровпредставлен крупно-дерновистой ковыльно-разнотравной растительностью взначительной степени видоизмененный под действием посаженного леса, особенно насеверных экспозициях с достаточно высоким проективным покрытием (70-75%).

Опытный участок представлен злаково-осоково разнотравнымлугом, под действием леса значительно видоизменен в сторону фитоцинотическогосостава редколесных лугов Хакасии.

До посадки леса территория представляла собойковыльно-типчаково разнотравную степь.

На день закладки опыта, растительность представленавидовым составом:

Злаковые –

Yzamineae.

1)

Ковыль волосатик – Stipa capillata.

2)

Ковыль перестный – Stipa pennata.

3)

Костер безостый – Bromus inermis leyss.

4)

Мятлик степной – Poa stepposa Roshev.