Главная » 2014»Август»3 » Скачать Формы соединений марганца в почвах при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами. Королёв, Александр Николаевич бесплатно
5:31 AM
Скачать Формы соединений марганца в почвах при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами. Королёв, Александр Николаевич бесплатно
Формы соединений марганца в почвах при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами
Диссертация
Автор: Королёв, Александр Николаевич
Название: Формы соединений марганца в почвах при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами
Справка: Королёв, Александр Николаевич. Формы соединений марганца в почвах при моно- и полиэлементном загрязнении тяжелыми металлами : диссертация кандидата биологических наук : 03.00.16 / Королёв Александр Николаевич; [Место защиты: Новосиб. гос. аграр. ун-т] Семипалатинск, 2007 196 c. : 61 07-3/1500
Объем: 196 стр.
Информация: Семипалатинск, 2007
Содержание:
Перечень сокращений, условных обозначений, символов, единиц и терминов
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 Обзор литературы
11 Химическая природа марганца и его биологическое значение
12 Формы соединений марганца в почвах
13 Факторы, влияющие на миграцию форм соединений Мп в почвах
14 Компартментация и конкурентные взаимоотношения между 34 ионами Мп и других химических элементов с активными центрами ПММ
15 Формы соединений Мп в растениях и его физиологическая роль
16 Факторы, влияющие на поступление Мп в растения: синергизм и антагонизм
17 Источники поступления марганца и тяжелых металлов в 45 окружающую среду
Глава 2 Материалы и методы исследования
Глава 3 Формы соединений марганца в темно-каштановой 58 нормальной среднесуглинистой почве в условиях моно- и полиэлементного загрязнения марганцем и тяжелыми металлами
31 Формы соединений марганца в среднесуглинистой нормальной 58 темно-каштановой почве в условиях моноэлементного загрязнения марганцем
32 Формы соединений марганца в среднесуглинистой нормальной 61 темно-каштановой почве в условиях обогащения почвы элементами минерального питания
33 Формы соединений марганца в среднесуглинистой нормальной 71 темно-каштановой почве в условиях би- и полиэлементного загрязнения марганцем и тяжелыми металлами
Глава 4 Влияние различных концентраций Мп на рН почвы в 111 условиях обогащения ее элементами минерального питания и тяжелыми металлами
Глава 5 Трансформация форм соединений Мп в системе «почва - 118 растение»
ВЫВОДЫ
Введение:
Актуальность темы.
Марганец не только необходим для нормальной жизни растений, но и причастен к созданию условий их почвенного питания, что до сих пор делает его объектом исследований по агрохимии, экологии, почвоведению и биогеохимии. Элемент характеризуется высоким значением окислительно-восстановительного потенциала, в результате чего он играет специфическую роль в поддержании в клетках растений необходимых окислительно-восстановительных условий. Он входит в состав многих ферментов, хлорофилла, активизирует их образование. Марганец принимает активное участие в процессах фотосинтеза, дыхания, в азотном, ауксиповом и нуклеиновом обменах. Активность марганца в различных физиологических и биохимических процессах определяется не только его количеством в растении, но и его соотношением с другими химическими элементами в том числе тяжелыми металлами (ТМ). В диапазоне действующих концентраций, т.е. диапазоне между максимальными концентрациями, еще не вызывающими снижения урожая и минимальными концентрациями, приводящими к гибели растений, комплексы техногенных микроэлементов (ТМЭ) воздействуют как правило, иначе чем отдельные элементы. В настоящее время не накоплено достаточных данных о взаимном влиянии различных химических элементов при их совместном попадании в почву, а в Республике Казахстан такие данные отсутствуют вообще.
Исследуемая территория не подвержена широкомасштабному техногенному загрязнению, однако, она расположена на границе крупных промышленных комплексов Восточно-Казахстанской области, где сосредоточены горно-металлургические, горнодобывающие, горноперерабатывающие, энергетические, химические и другие отрасли промышленности. Все они расположены в зоне наиболее густой речной сети и выбрасывают огромное количество выбросов в атмосферу, в том числе и тяжелых металлов (ТМ).
Такое соседнее расположение исследуемого нами региона означает, что все загрязняющие вещества с газообразными, жидкими и твердыми отходами от промышленных предприятий Восточного Казахстана (признанная зона экологического бедствия) неизбежно рано или поздно нанесут экологический ущерб и Семипалатинскому Прииртышью.
В этой связи, знания о содержании марганца в фоновых почвах, его транслокация в системе «почва-растение» в условиях моно- и полиэлементного загрязнения химическими элементами, конкурентные взаимоотношения с рядом химических элементов группы ТМ за реакционные центры, участвующими в формировании форм соединений исследуемого элемента весьма важны и актуальны. Эти исследования позволят оценить природную эколого-геохимическую ситуацию региона по марганцу в условиях применения ЭМП и загрязнения почв региона ТМ.
Цель исследования.
Изучить содержание форм соединений марганца в темно-каштановой нормальной среднесуглипистой почве в условиях моно-, би- и полиэлементного загрязнения тяжелыми металлами (Pb, Zn, Си, Cd, Сг) и трансформацию его соединений в системе «почва - проростки пшеницы».
Задачи исследования:
1. Оценить валовое содержание, концентрации форм соединений марганца в фоновой темно-каштановой нормальной среднесуглипистой почве сухостепной зоны Восточного Казахстана.
2. Изучить валовое содержания и концентрации форм соединений марганца в условиях моноэлементного загрязнения фоновой почвы.
3. Исследовать влияние различных доз Мп на фоне неодинакового содержания элементов минерального питания (NPK) на содержание форм соединений данного МЭ в исследуемой почве, рН почвенного раствора и на его поведение в системе «ночва - проростки пшеницы».
4. Изучить влияние различных концентраций ТМ (Pb, Zn, Си, Cd, Сг) на содержание форм соединений марганца в почве, рН почвенного раствора, его трансформацию в системе «почва - проростки пшеницы» и влияние на биопродуктивность проростков в условиях моно-, би- и полиэлементного загрязнения исследуемой почвы.
5. Исследовать закономерности конкурентных отношений между ТМ (РЬ, Zn, Си, Cd, Сг) и марганцем с реакционными центрами почвы, участвующими в формировании различных форм соединений исследуемого МЭ.
6. Исследовать процессы синергизма и антагонизма между ТМ (Pb, Zn, Си, Cd, Сг) и марганцем.
Научная новизна работы. Впервые для темно-каштановых нормальных среднесуглинистых почв сухостепной зоны установлены закономерности конкурентных взаимоотношений между марганцем и ТМ с реакционными центрами почвы, участвующими в формировании форм соединений исследуемого МЭ. Доказано негативное влияние повышенных доз ТМ и марганца в условиях би- и полиэлементного загрязнения почвы на биопродуктивность проростков яровой пшеницы. Предложен расчет коэффициента токсичности в качестве диагностического показателя фитотоксичности марганца в условиях моноэлементного загрязнения почвы. Выявлены закономерности транслокации марганца и ТМ в проростки яровой пшеницы в услвоиях би- и полиэлементного загрязнения ими почвы. Впервые для темно-каштановой нормальной среднесуглинистой почвы Восточного Казахстана установлены оптимальные условия возделывания яровой пшеницы сорта «Саратовская-29».
Теоретическая и практическая значимость. Сведения о содержании, накоплении и распределении марганца в почве, а также его трансформации в системе «почва-растение» в условиях моно- и полиэлементного загрязнения являются ценными как с теоретической, так и с практической точки зрения.
Данные о содержании подвижных форм марганца в темно-каштановой нормальной среднесуглинистой почвы сухостепной зоны Восточного Казахстана могут быть использованы при планировании урожайности сельскохозяйственных культур, а также планировании мер по рекультивации загрязненных земель.
Установленные ориентировочные концентрации растворимых форм соединений марганца, приводящие к фитотоксическому воздействию и избыточному накоплению металла сельскохозяйственными культурами, могут быть использованы при диагностировании загрязнения сельскохозяйственных угодий, нормировании содержания этого металла в почве и для объективной оценки качества растениеводческой продукции, произведенной на территории Семипалатинского Прииртышья.
Результаты диссертационной работы имеют значение для решения вопросов выявления путей миграции, аккумуляции и трансформации марганца в почве и системе «почва-растение» в условиях полиэлементного загрязнения ТМ. Установленные исследованиями закономерности важны для более глубокого понимания механизмов конкурентных взаимоотношений различных химических элементов с различными активными центрами почвы, участвующими в формировании форм соединений марганца, а также понимания воздействия внешних факторов, которые управляют поглощением ТМ растениями при различных условиях.
Результаты научных исследований внедрены в учебном процессе Семипалатинского государственного педагогического института и включены в курсы лекций по дисциплинам «Агрохимия», «Биогеохимия», «Химическая экология», «Экотоксикология», «Мониторинг окружающей среды» для студентов, обучающихся по специальностям 050640 «Экология», 050113 «Биология», 050112 «Химия».
Перечень основных положений выносимых на защиту: 1. Содержание форм соединений марганца в почве и их соотношения находятся в зависимости от дозы его внесения, а также обогащения почвы элементами минерального питания и тяжелыми металлами.
2. Между марганцем и тяжелыми металлами в условиях би- и полиэлементного загрязнения почвы формируются два вида конкурентных взаимоотношений с различными активными центрами почвенной органо-минеральной матрицы.
3. Различные дозы внесенного в почву марганца приводят к ее подкислению, которое усиливается под воздействием элементов-биофилов и тяжелых металлов.
4. Транслокация марганца в системе «почва - проростки яровой пшеницы» нарастает с повышением концентрации элемента в почве и зависит от сопутствующей нагрузки элементов минерального питания и тяжелых металлов.
5. Между марганцем, элементами минерального питания и тяжелыми металлами при их совместном внесении в почву проявляются как синергические, так и антагонистические взаимоотношения.
Апробация работы. Основные положения диссертации были представлены на 5-ой Международной биогеохимической школе «Актуальные проблемы биогеохимии» (Семипалатинск, 2005), а также доложены на IV Международной научно-практической конференции «Тяжелые металлы и радионуклиды в окружающей среде» (Семипалатинск, 2006), на Международной научно-практической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы науки в исследованиях молодых ученых» (Астана,
2006), на Международной научно-практической конференции «Биогеохимия элементов и соединений токсикантов в субстратной и пищевой цепях агро- и аквальных систем» (Тюмень, 2007), на 2-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы экологии и природопользования в Казахстане и сопредельных территориях» (Павлодар,
2007), на 2-ой и 3-ей научно-практических конференциях ППС Семипалатинского государственного педагогического института (Семипалатинск, 2006, 2007).
Публикации результатов исследования. По теме диссертации опубликовано 8 работ в журналах и в сборниках материалов конференций, совещаний, симпозиумов и школ.
Объем и структура работы. Диссертация представляет собой рукопись объемом 196 страниц, состоящую из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, приложений, включает 44 таблицы, 13 рисунков. В списке литературы 197 источников, в том числе 29 зарубежных.
Личный вклад. Диссертация - результат обобщения материалов, полученных лично автором при выполнении запланированной научно-исследовательской работы при кафедре экологии и географии Семипалатинского государственного педагогического института.
Благодарности. Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность своему учителю и научному руководителю доктору биологических наук, профессору Михаилу Семеновичу Панину.
