Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

Обновлено: 14.05.2024

Марковская Е.Ф. 1 Федорец Н.Г. 2 Теребова Е.Н. 1 Бахмет О.Н. 2 Андросова В.И. 1 Ткаченко Ю.Н. 2 Галибина Н.А. 2 Кайбияйнен Э.Л. 3

Работа выполнена на техногенных территориях ОАО «Карельский окатыш» (Россия, Республика Карелия, г. Костомукша). Наиболее загрязненными являются субстраты центрального карьера и пульпохранилища, но их агрохимические свойства предположительно могут обеспечить растения-фиторемедианты необходимыми питательными элементами. В качестве ремедианта были использованы черенки ивы Шверина – Salix schwerinii E.Wolf (Финляндия), которая выращивалась на наиболее загрязненной территории – пульпохранилище (превышение ПДК по никелю, хрому, меди и низкое содержание азота). Пробы растений ивы в конце сезона разделили на две группы: с высокой продукцией биомассы (ВПБ) и с низкой продукцией биомассы (НПБ) и в каждой группе взяли пробы органов (корни, листья) и ткани (кора). Показано, что тяжелые металлы в субстрате пульпохранилища находятся в доступном для экстракции виде растениями ивы. Выделенные группы различались по месту локализации ТМ: у растений ВПБ они накапливались в корнях, а у НПБ – в листьях. По коэффициенту биологического поглощения (КБП) тяжелые металлы в растении составили следующий ряд: Zn>Mn>Cd>Cu>Pb>Co>Ni=Cr>Fe. Климатические и техногенные условия территории ОАО «Карельский окатыш» соответствуют технологии использования ивы Шверина в качестве фиторемедианта.

1. Кашулина Г.М., Салтан Н.В. Химический состав растений в экстремальных условиях локальной зоны комбината «Североникель». – Апатиты: Изд-во: КНЦ РАН, 2008. – 235 с.

2. Федорец Н.Г., Бахмет О.Н., Солодовников А.Н. Морозов А.К. Почвы Карелии: геохимический атлас. – Москва: Изд-во Наука, 2008. – 47 с.

3. Brooks R.R. Plants that hyperaccumulate heavy metals. – Wallingfors, UK: CAB Intl., 1998. – 381 p.

4. Meers E., Vandecasteele B., Ruttens A., Vangronsveld J., Tack F.M.G. Potential of five willow species (Salix spp.) for phytoextraction of heavy metals // Environmental and Experimental Botany. 2007. Vol. 60. P. 57–68.

5. Pulford I.D., Riddell-Black D., Stewart C. Heavy metal uptake by willow clones from sewage sludge-treated soil: the potential for phytoremediation // International Journal of Phytoremediation. 2002. Vol. 4. P. 59-72.

7. Shaojun Xiong, Quan-Guo Zhang, Da-Yong Zhang, Rolf Olsson. Influence of harvest time on fuel characteristics of five potential energy crops in northern China // Bioresource Technology. 2008. Vol. 99. P. 479–485.

8. Stoltz E., Greger M. Accumulation properties of As, Cd, Cu, Pb and Zn by four wetland plant species growing on submerged mine tailings // Environ. Exp. Botany. 2002. Vol. 47. P. 271–280.

9. Vandecasteele B., Meers E., Vervaeke P., De Vos B., Quataert P., Tack F.M.G. Growth and trace metal accumulation of two Salix clones on sediment-derived soils with increasing contamination levels // Chemosphere. 2004. Vol. 58. P. 995–1002.

10. Zhivotovsky O.P., Kuzovkina J. A., Schulthess C.P., Morris T., Pettinelli D., Ge M. Hydroponic screening of willows (Salix L.) for lead tolerance and accumulation // International Journal of Phytoremediation. 2011. Vol. 13. P. 75–94.

Одной из актуальных проблем восстановления антропогенных ландшафтов является оценка уровня их загрязнения тяжелыми металлами (ТМ) и выбор методов санации. В последние годы все более широкое признание получает метод фиторемедиации, который обеспечивает фитоэкстракцию – вынос ТМ посредством их накопления в растительном организме. Этот способ имеет ряд преимуществ перед другими методами восстановления загрязненных территорий [5; 9]. Основное достоинство фиторемедиации – ее низкая стоимость, а недостаток – длительность процесса, что начинает рассматриваться как преимущество, связанное с дальнейшим использованием взрослых растений в качестве биотоплива [7]. Термин «фиторемедиация» появился относительно давно [3], но использование предлагаемых разработок [8; 9] ограничивается локальными особенностями техногенных территорий и, в каждом частном случае, включает необходимость модификации уже известных методик. Это связано с различными климатическими условиями, расположением техногенных территорий, типом, уровнем и характером загрязнения, ландшафтными особенностями и технологиями разработки и получения конечного продукта каждого горно-обогатительного комбината (ГОКа). В задачу исследования входило изучение возможности использования фиторемедианта – ивы Шверина (Salix schwerinii E.Wolf) для целей фиторемедиации на техногенных территориях ОАО «Карельский окатыш».

Материалы и методы исследования

Район исследования. Работа выполнена на территории ОАО «Карельский окатыш» (Россия, Республика Карелия, г. Костомукша). Основными компонентами выбросов этого горно-обогатительного комбината являются диоксид серы (среднегодовая концентрация 0,03 мг/м3), пылевые выбросы, содержащие тяжёлые металлы, оксид углерода и окислы азота. В аэрогенной пыли определено содержание 18 элементов. По концентрации в пыли микроэлементы разделены на две группы: с содержанием 1-0,1 мг/г (Mn, Cr, Pb, Zn, Cu, Sr) и содержанием

Объектами исследования были растения ивы Шверина – Salix schwerinii E.Wolf . и загрязненные песчано-гравийные субстраты на территории ОАО «Карельский окатыш».

Заранее заготовленные черенки ивы Шверина (Финляндия) были посажены в мае 2012 года на песчаный субстрат вблизи пульпохранилища, что обеспечивало естественное увлажнение субстрата отработанными водами ОАО «Карельский окатыш». Продолжительность опыта 1 год. Сбор растительных образцов производили в августе 2013 года.

Методы исследования. Для сравнительного исследования растений были использованы морфометрические измерения, включающие определение площади и массы листьев. Рассчитана удельная площадь листовой поверхности (SLА – specific leaf area) как отношение площади поверхности листа к его сухой массе (мм2/мг).

Определение содержание пигментов проводилось спектрофотометрическим методом («UNICO 2800») с приготовлением спиртовых вытяжек. Анализ пигментов осуществлялся при максимумах поглощения – 665 и 649 нм для хлорофиллов (Chl) а и b, соответственно, и при максимуме поглощения 470 нм – для каротиноидов (Car). Концентрации хлорофиллов а, b и каротиноидов рассчитывали по формулам представленным в методике Винтерманса и Де Мотса (I.F. Wintermans, De Mots, 1965).

Коэффициент биологического поглощения (КБП) металла целым растением определяли как отношение содержания металла в растении (сумма содержания металла в корнях, листьях, коре и древесине за вычетом исходного содержания металла в посаженном черешке) к содержанию металла в почве.

Для анализа загрязнения территории были взяты субстраты из разных точек техногенной территории: северного, западного и центрального карьеров и пульпохранилища. Определены некоторые показатели плодородия, рН солевой вытяжки из субстратов, валовое содержание углерода, азота, фосфора, калия, кальция, магния по общепринятым методикам (Аринушкина, 1975). Содержание металлов в почве и растительных тканях определяли атомно-абсорбционным методом (атомно-абсорбционный спектрофотометр АА-7000 с пламенным атомизатором, Shimadzu 7000, Япония). Пробы предварительно разлагали в смеси концентрированных кислот (HNO3:HCl, в соотношении 3:1) в системе микроволнового разложения (speed wave four, Berghof, Германия). Все анализы по содержанию ТМ были выполнены на оборудовании ЦКП «Аналитическая лаборатория» Института леса КарНЦ РАН.

Результаты исследования и их обсуждение

Химические анализы грунтов на содержание элементов питания и тяжелых металлов представлены в таблицах.

Анализ субстратов. На основании результатов анализа проб субстратов на объектах исследований было установлено (табл. 1): показатель рН на северном и западном карьерах близок к показателям рН естественных почв. На центральном карьере и пульпохранилище рН имеет высокие значения, что соответствует слабощелочной реакции среды. Содержание углерода в субстратах на северном и западном карьерах довольно высокое и соответствует значениям, характерным для лесных подстилок. В субстратах центрального карьера и пульпохранилища содержание углерода низкое, но оно близко к показателям количества углерода в минеральных горизонтах подзолистых почв.

Субстраты северного и западного карьеров содержат значительно количество азота, в то время как на центральном карьере и пульпохранилище исследованные субстраты крайне бедны этим элементом. Следует отметить высокое содержание фосфора во всех исследуемых субстратах, особенно на западном карьере. Таким образом, можно заключить, что по агрохимическим показателям субстраты северного и западного карьеров вполне пригодны для выращивания растений фиторемедиантов. На центральном карьере и на пульпохранилище условия минерального питания растений значительно хуже.

По содержанию металлов-макроэлементов выявили следующее: почти во всех проанализированных субстратах количество металлов ниже, чем в среднем в почвах Карелии. Лишь в субстратах центрального карьера и на пульпохранилище содержание железа выше, чем в естественных почвах (табл. 2). Концентрации тяжелых металлов сравнивали с региональными фоновыми показателями содержания в минеральных горизонтах почв и существующими ПДК для металлов в почвах [2].

Статистические характеристики показателей рН, содержания углерода и элементов питания растений в субстратах в районе карьеров и пульпохранилища в 2013 году

Анализ коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов для кормовой свеклы Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

МИКРОЭЛЕМЕНТЫ / МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ / ОПОДЗОЛЕННЫЙ ЧЕРНОЗЕМ / СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО / ТРАНСЛОКАЦИЯ / ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ / ХИМИЧЕСКАЯ МЕЛИОРАЦИЯ / ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ / TRACE ELEMENTS / MINERAL FERTILIZERS / BLACK SOIL / AGRICULTURE / TRANSLOCATION / HEAVY METALS / CHEMICAL RECLAMATION / ENVIRONMENTAL SAFETY

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Ильинский Андрей Валерьевич

Представлены результаты полевого лизиметрического опыта на оподзоленном черноземе по изучению коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов и микроэлементов для корнеплодов и ботвы кормовой свеклы при использовании различных систем минеральных удобрений . Анализ эмпирических рядов накопления элементов в основной и побочной продукции растений кормовой свеклы показал, что уровень накопления цинка, свинца и кадмия в корнеплодах значительно ниже, чем в ботве, а содержание меди относительно равномерно распределено между основной и побочной продукцией по вариантам опыта. На варианте с повышенным агрохимическим фоном произошло снижение содержания меди, цинка и свинца в основной и побочной продукции кормовой свеклы, что может быть связано с эффектом биологического разбавления при использовании минеральных удобрений .The results of a field lysimetric experiment on podzolized chernozem to study the coefficients of biological absorption of heavy metals and trace elements for root crops and tops of fodder beets using various systems of mineral fertilizers are presented. Analysis of the empirical series of accumulation of elements in the main and byproducts of fodder beet plants showed that the level of accumulation of zinc, lead and cadmium in root crops is significantly lower than in the tops, and the copper content is relatively evenly distributed between the main and by-products according to the variants of the experiment. In the variant with an increased agrochemical background, there was a decrease in the content of copper, zinc and lead in the main and by-products of feed beets, which may be due to the effect of biological dilution when using mineral fertilizers .

Текст научной работы на тему «Анализ коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов для кормовой свеклы»

АНАЛИЗ КОЭФФИЦИЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ _ДЛЯ КОРМОВОЙ СВЕКЛЫ_

DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.6.71.612 Ильинский Андрей Валерьевич

кандидат с/х наук, доцент, ФГБНУ «ВНИИГиМим. А.Н. Костякова», Мещерский филиал, г. Рязань

ANALYSIS OF BIOLOGICAL ABSORPTION COEFFICIENTS OF HEAVY METALS FOR

candidate of agricultural sciences, associate professor Federal State Scientific Institution «All-Russian research institute for hydraulic engineering and reclamation of A.N. Kostyakov»,

Meshchersky branch, Ryazan

The results of a field lysimetric experiment on podzolized ^frozem to study the coefficients of biological absorption of heavy metals and trace elements for root crops and tops of fodder beets using various systems of mineral fertilizers are presented. Analysis of the empirical series of accumulation of elements in the main and byproducts of fodder beet plants showed that the level of accumulation of zinc, lead and cadmium in root crops is significantly lower than in the tops, and the copper content is relatively evenly distributed between the main and by-products according to the variants of the experiment. In the variant with an increased agrochemical background, there was a decrease in the content of copper, zinc and lead in the main and by-products of feed beets, which may be due to the effect of biological dilution when using mineral fertilizers.

Ключевые слова: микроэлементы, минеральные удобрения, оподзоленный чернозем, сельское хозяйство, транслокация, тяжелые металлы, химическая мелиорация, экологическая безопасность.

Keywords: trace elements, mineral fertilizers, black soil, agriculture, translocation, heavy metals, chemical reclamation, environmental safety.

Выщелоченные и оподзоленные черноземы являются наиболее плодородными почвами, на территории Рязанской области зона черноземов занимает 44,7 % и охватывает следующие районы: Сараевский, Новодеревенский, Ухоловский, Ряжский, Милославский, часть Шацкого, Михайловского, Захаровского и Сасовского районов [1, 10]. Результаты многолетних мониторинговых исследований содержания тяжелых металлов в компонентах окружающей среды позволили обозначить приоритетные из них для агроэкосистем Рязанского региона: медь, цинк, свинец и кадмий [8].

По мнению Ю.В. Алексеева [2], «микроэлементы» и «тяжелые металлы» понятия, относящиеся к одним и тем же элементам, но используемые в разных значениях, основанном,

скорее всего, на их содержании в объектах окружающей среды. Однако имеется группа особо токсичных металлов, к которым относятся ртуть, свинец и кадмий, представляющих наибольшую опасность для окружающей среды [2, 11]. Почва является природными накопителем тяжелых металлов в компонентах окружающей природной среды и основным источником их поступления в сопредельные среды, а также

сельскохозяйственные культуры [4, 9, 12]. Известно, что вегетативная масса сельскохозяйственных культур способна накапливать значительно больше тяжелых металлов, чем органы накопления ассимилятов (например, клубни и корнеплоды), что представляет особую важность в выращивании таких овощных культур [5, 11]. В качестве

ключевого фактора, определяющего уникальность содержания химических элементов в почвенном покрове агроэкосистем, выступает материнская почвообразующая порода и, чем более высокая концентрация их в подстилающей почвообразующей породе, тем, как правило, больше их содержание в почвенном покрове [6, 7]. Распределение микроэлементов и тяжелых металлов в органах растений тесно связано с существованием ряда барьеров в системе: почва -корень - стебель - лист - репродуктивный орган, характер же их распределения в растениях также зависит от вида самих культур и от условий их выращивания [11]. Обеспечение оптимального соотношения в почве макро- и микро-элементов за счет повышения эффективности применения удобрений позволяет не только увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, но и повысить качество продукции растениеводства [3]. Сбор и систематизация данных о накоплении микроэлементов и тяжелых металлов в органах сельскохозяйственных культур в зависимости от уровня техногенной нагрузки, содержания элементов в почвенном покрове и используемой агротехники их выращивания позволят сформировать необходимый банк данных для решения вопросов прогнозирования транслокации поллютантов в агробиосистемах.

Цель лизиметрических исследований заключалась в изучении распределения микроэлементов и тяжелых металлов в ботве и корнеплодах кормовой свеклы при выращивании на оподзоленном черноземе на фоне применения различных доз минеральных удобрений. Повышенные дозы фосфорных и калийных удобрений были внесены на третьем варианте (Р240 К270) под предшествующую культуру (овес), в результате под кормовую свеклу в отчетном году на обозначенном варианте были внесены только азотные удобрения в дозе N90. Схема проведения полевого лизиметрического опыта имела следующий вид: 1 - контроль; 2 - ШР1К1; 3 -МР4К4,5.

Для опытов использовались лизиметры конструкции ВНИИГиМ, почва (оподзоленный чернозем) ненарушенного сложения со смоделированным глубоким залеганием уровня грунтовых вод (1,5 м). После уборки и учета урожая основной и побочной продукции кормовой свеклы проводилось определение в ней содержания меди, цинка, свинца и кадмия методом атомно-абсорбционной спектрометрии в соответствии с Методическими указаниями по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства, 1992 и ГОСТ Р 554472013.

Значения коэффициентов биологического поглощения (Ах) микроэлементов

Варианты Дозы удобрений под Коэффициенты поглощения элементов (корнеплод/ботва)

свеклу медь цинк свинец кадмий

1. контроль - 1,18 1,11 3,07 7,89 0,43 1,55 4,59 14,30

2. МР1К1 №0Р60К90 1,11 1,16 2,87 6,56 0,35 1,48 4,54 14,54

3. МР4К4,5 N90 0,90 0,78 2,78 5,80 0,11 0,87 5,30 20,50

Анализ данных, представленный в таблице 1 показал, что различные системы минеральных удобрений оказали влияние на значения коэффициентов биологического поглощения изучаемых элементов как для корнеплодов, так и для ботвы кормовой свеклы. В целом, медь достаточно равномерно распределена в основной и побочной продукции кормовой свеклы, а цинк свинец и кадмий значительно больше сконцентрированы в ботве, чем в корнеплодах обозначенной культуры. Значения коэффициентов биологического поглощения изучаемых элементов для корнеплодов и ботвы кормовой свеклы распределены следующим образом:

- по меди: для корнеплодов наибольшие значения зафиксированы на варианте 1, наименьшие - на варианте 3; для ботвы наибольшие значения зафиксированы на варианте 2, наименьшие - на варианте 3;

- по цинку: для корнеплодов наибольшие значения зафиксированы на варианте 1, наименьшие - на варианте 3; для ботвы

наибольшие значения зафиксированы на варианте 1, наименьшие - на варианте 3;

- по свинцу: для корнеплодов наибольшие значения зафиксированы на варианте 1, наименьшие - на варианте 3; для ботвы наибольшие значения зафиксированы на варианте 1, наименьшие - на варианте 3;

- по кадмию: для корнеплодов наибольшие значения зафиксированы на варианте 3, наименьшие - на варианте 2; для ботвы наибольшие значения зафиксированы на варианте 3, наименьшие - на варианте 1.

На основе изучения по вариантам лизиметрического эксперимента коэффициентов биологического поглощения изучаемых металлов для основной и побочной продукции кормовой свеклы были построены эмпирические ряды их накопления: для корнеплодов кормовой свеклы эмпирический ряд имеет следующий вид: Сё >2п > Си >РЪ; для ботвы кормовой свеклы эмпирический ряд имеет следующий вид: Сё >2п >РЪ >Си.

Анализ эмпирических рядов накопления показал, что как в корнеплодах, так и в ботве кормовой свеклы интенсивнее накапливаются кадмий и цинк, чем медь и свинец, в свою очередь в соломе овса интенсивнее накапливается кадмий и цинк, чем медь и свинец. Согласно ГОСТ 17.4.1.0283 кадмий, свинец также и цинк относятся к химическим веществам первого класса опасности, поэтому нуждаются в пристальном контроле за содержанием в элементах агроэкосистем.

Изучение соотношения коэффициентов биологического поглощения рассмотренных элементов корнеплодов к ботве кормовой свеклы (рисунок 1) показало, что применение различных систем минеральных удобрений в целом оказало положительное влияние на поступление в корнеплоды таких важных микроэлементов как медь и цинк. При этом содержание свинца и кадмия в корнеплодах кормовой свеклы при применении минеральных удобрений значительно

Рисунок 1. Значения отношений коэффициентов биологического поглощения элементов корнеплодов

к ботве кормовой свеклы

Таким образом, изучение коэффициентов биологического поглощения изученных микроэлементов и тяжелых металлов, а также эмпирических рядов их накопления в основной и побочной продукции растений кормовой свеклы показало, что уровень накопления цинка, свинца и кадмия в корнеплодах значительно ниже, чем в ботве, а содержание меди относительно равномерно распределено между основной и побочной продукцией по вариантам опыта. На варианте 3 (повышенный агрохимический фон) произошло снижение содержания меди, цинка и свинца в основной и побочной продукции кормовой свеклы, что может быть связано с эффектом биологического разбавления при использовании минеральных удобрений.

1. Адаптивно-ландшафтная система земледелия Рязанской области - Модель XXI столетия. / Под ред. С.Я. Полянского. - Рязань: Рязанский НИПТИ АПК, 2000. - 183 с.

2. Алексеев Ю.В. Тяжелые металлы в почвах и растениях. - Л.: Агропромиздат, 1987. - 142 с.

3. Анспок П. И. Микроудобрения: Справочник.- 2-е изд., перераб. И доп. - Л.; Агропромиздат, 1990. - 272 с.

4. Виноградов Д.В., Ильинский А.В., Данчеев Д.В. Экология агроэкосистем. - Рязань: ИП Жуков В.Ю., 2020. - 256 с.

5. Гармаш Г.А., Гармаш Н.Ю. Распределение тяжёлых металлов по органам культурных растений // Агрохимия. - 1987. - №5. - С. 40-46.

6. Ильинский А.В. Обоснование использования на дерново-подзолистых почвах микроэлементных добавок в составе комплексных мелиорантов // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал. 4 часть. - 2019. - 12 (69). - С. 26-28.

7. Ильинский А.В. К вопросу применения на аллювиальных почвах микроэлементных добавок в составе комбинированных удобрений // Евразийский Союз Ученых (ЕСУ). Ежемесячный научный журнал. 5 часть. - 2019. - 10 (67). - С. 1215.

8. Мажайский Ю.А. Обоснование режимов комплексных мелиораций в условиях техногенного загрязнения агроландшафта: диссертация доктора сельскохозяйственных наук: 06.01.02 -Мелиорация, рекультивация и охрана земель // ГНУ «ВНИИГиМ им. А.Н. Костякова». - Москва, 2002. - 456 с.

9. Методические рекомендации по мероприятиям для предотвращения и ликвидации загрязнения агроландшафтов тяжелыми металлами. М., ГНУ ВНИИГиМ Россельхозакадемии 2005. - 72 с.

УДК 627.841; 628.15; 626.82

11. Соколов О.А., Черников В.А. Экологическая безопасность и устойчивое развитие. Книга 1. Атлас распределения тяжелых металлов в объектах окружающей среды. -Пущино, ОНТИ ПНЦ РАН, 1999. - 164 с.

12. Черников В.А., Алексахин Р.М., Голубев А.В. и др. Агроэкология. - М.: Колос, 2000. - 536 с.

ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ВЗАИМОСВЯЗИ МЕЖДУ _ПОДРАЗДЕЛЕНИЯМИ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЕМ_

DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.6.71.610 Искендеров Алескер Алекпер оглы д-р техн. наук, проф. Керимова Хавер Фазиль кызы

Сумгаитский государственный университет, г. Сумгаит, Азербайджан

DEVELOPMENT OF THE OPTIMAL STRUCTURE OF INFORMATION RELATIONS BETWEEN THE UNITS OF THE WATER MANAGEMENT SYSTEM

Iskenderov Alesker Alekper oglu

Dr. Tech. Sciences, Prof., Kerimov Haver Fazil Kyzy

Sumgait State University, Sumgait, Azerbaijan

Рассмотрена задача оптимизации структуры информационного обеспечения объектов водоснабжения. Составлена задача уменьшения количества и трудоемкости работ по разработке и передачи информаций, циркулирующих между объектами водоснабжения, путем устранения ненужных и повторяющихся показателей в различных документах системы управления. Приводится математическая поставка задача и ее решение с помощью метода линейного целочисленного программирования Гомори.

The system of information support of the territory water supply facility is considered. The task is to reduce the number and complexity of work on the development of information circulating between management units, by reducing unnecessary and repetitive indicators in the documents. The problem is posed and solved as a linear integer programming problem and solved using the MATLAB methods of mathematical programming.

Ключевые слова: автоматизированная система водоснабжения, оптимизация, электронный документооборот, коэффициент ценности, коэффициент неповторяемости, линейное целочисленное программирование, критерия оптимальности.

Keywords: automated control system, water supply system, optimization, electronic document flow, coefficient of value, coefficient of uniqueness, integer programming, optimality criteria.

Многие населенные пункты, промышленные и сельскохозяйственные объекты, а также орошаемые селскохозяйственные территории нуждаются в развитой системе водоснабжения. Эти системы состоят из источников воды, водозаборных сооружений, складов для резервирования воды, магистральных и разветвленных каналов или трубопроводов для доставки воды к пунктам водопотребления, а также сооружений для передачи воды к пунктам водопотребления. Управление такими системами

производится на основе многочисленных информаций, циркулирующих между объектами самой системы и другими организациями, которые имеют информационные связи с ними.

Эти информации можно разделить на: входящие, - поступающие в систему из других организаций; внутренние, - создающиеся в самой системе и использующиеся в его работе; внешние, -направляющиеся к другим организациям. Для управления системой, эти информации двигаются по определенным маршрутам. Такое движение осуществляется с помощью непосредственной

ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ФИТОМАССЫ ГРЕЧИХИ Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Ильинский Андрей Валерьевич

В работе представлены результаты лизиметрического опыта на оподзоленном черноземе по изучению коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов и микроэлементов для фитомассы гречихи при использовании различных систем минеральных удобрений . Анализ эмпирических рядов накопления показал, что в фитомассе гречихи интенсивнее накапливаются цинк и кадмий, чем медь и свинец. На варианте с оптимальными дозами внесения минеральных удобрений произошло снижение содержания цинка и свинца в фитомассе гречихи, что может быть связано с эффектом биологического разбавления при использовании минеральных удобрений .

ESTIMATION OF BIOLOGICAL ABSORPTION COEFFICIENTS OF ELEMENTS AND HEAVY METALS FOR THE BIOMASS OF BUCKWHEAT

The paper presents the results of lysimetric experiment on podzolized Chernozem to study the coefficients of biological absorption of heavy metals and trace elements for buckwheat phytomass using various systems of mineral fertilizers . Analysis of empirical accumulation series showed that buckwheat phytomass accumulates zinc and cadmium more intensively than copper and lead. In the variant with optimal doses of mineral fertilizers , the content of zinc and lead in buckwheat phytomass decreased, which may be due to the effect of biological dilution when using mineral fertilizers .

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ФИТОМАССЫ ГРЕЧИХИ»

До настоящего времени все авторы, которые предлагали нарезку террас с сохранением гумусового слоя, слой гумуса со второй террасы распределяли его равномерно, разравнивая по всей поверхности полотна первой террасы с толщиной 10-12см.

Посадка саженцев на готовые террасы проводится по контуру по схеме 4 х 1, где на 1га высаживается 2500шт. деревьев с отступлением от края откоса на 30 см. Поскольку для большинства горных склонов характерно различие крутизны между отдельными частями в продольном и поперечном направлениях, заданная ширина полотна проектируемых террас остается неизменной, изменяется угол и высота откоса, что позволяет увеличить коэффициент использования склона до 100%.

Выращивание интенсивного сада яблони на подвое М9 на склонах по схемам от 4 х 1м с уплотнением до 3,5 х 0,6м где высаживается саженцев от 2500 до 4000шт. на 1 га при урожайности 40-50 тонн/га ближе к равнинному садоводству, а по химзащите, по поливу, по интенсивности окраски плодов в более выгодных условиях, чем на равнине.

1. Бакуев Ж.Х. Интенсификация садоводства в предгорьях Кабардино-Балкарии // Изд-во «Принт-Центр» - Нальчик, 2012. - 360 с.

2. Бербеков В.Н., Бакуев Ж.Х., Гаглоева Л.Ч. Интенсивное садоводство на склонах Центральной части Северного Кавказа. Монография // Изд-во «Принт Центр» - Нальчик, 2016. - 146 с.

3. Effects of terracing practices on water erosion control in China: A meta-analysis Earth-Science ReviewsVolume // Die Chen, Wei Wei, Liding Chen. -173 October 2017. - P. 109-121.

4. Бербеков В.Н., Кучмезов Х.И., Кармов С.Т., Бакуев Ж.Х., Темиржанов И.О. Способ устройства террас с увеличением гумусового слоя на выемочной части полотна для интенсивного садоводства // Патент РФ на изобретение №2646232. - 2018.

5. Кучмезов Х.И., Бербеков В.Н., Шомахов Л.А. и др. Способ снятия и перемещения гумусового слоя при террасировании горных склонов // Патент РФ на изобретение №2697006. -2019.

ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ФИТОМАССЫ ГРЕЧИХИ

Ильинский Андрей Валерьевич

кандидат с/х наук, доцент, ФГБНУ «ВНИИГиМим. А.Н. Костякова», г. Рязань

ESTIMATION OF BIOLOGICAL ABSORPTION COEFFICIENTS OF ELEMENTS AND HEAVY METALS FOR THE BIOMASS OF BUCKWHEAT

candidate of agricultural sciences, associate professor Federal State Scientific Institution «All-Russian research institute for hydraulic engineering and

reclamation of A.N. Kostyakov», Ryazan DOI: 10.31618/ESU.2413-9335.2020.6.75.866

В работе представлены результаты лизиметрического опыта на оподзоленном черноземе по изучению коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов и микроэлементов для фитомассы гречихи при использовании различных систем минеральных удобрений. Анализ эмпирических рядов накопления показал, что в фитомассе гречихи интенсивнее накапливаются цинк и кадмий, чем медь и свинец. На варианте с оптимальными дозами внесения минеральных удобрений произошло снижение содержания цинка и свинца в фитомассе гречихи, что может быть связано с эффектом биологического разбавления при использовании минеральных удобрений.

The paper presents the results of lysimetric experiment on podzolized Chernozem to study the coefficients of biological absorption of heavy metals and trace elements for buckwheat phytomass using various systems of mineral fertilizers. Analysis of empirical accumulation series showed that buckwheat phytomass accumulates zinc and cadmium more intensively than copper and lead. In the variant with optimal doses of mineral fertilizers, the content of zinc and lead in buckwheat phytomass decreased, which may be due to the effect of biological dilution when using mineral fertilizers.

Природным накопителем тяжелых металлов в компонентах окружающей природной среды и основным источником их поступления в сопредельные среды, а также

сельскохозяйственные культуры выступает почва [2, 8, 10]. Материнская почвообразующая порода выступает в роли ключевого фактора, определяющего уникальность содержания химических элементов в почвенном покрове агроэкосистем. Чем более высокая концентрация их в подстилающей почвообразующей породе, тем, как правило, больше их содержание в почвенном покрове [5, 6]. Накапливать значительно больше тяжелых металлов, чем органы накопления ассимилятов (например, клубни и корнеплоды), способна вегетативная масса

сельскохозяйственных культур, что представляет особую важность при их выращивании [3, 9]. Результаты многолетних мониторинговых исследований содержания тяжелых металлов в компонентах окружающей среды позволили обозначить приоритетные из них для агроэкосистем Рязанского региона: медь, цинк, свинец и кадмий [7].

Повысить урожайность и улучшить качество растениеводческой продукции позволяет обеспечение оптимального соотношения в почве макро- и микро-элементов за счет использования в сельском хозяйстве удобрений и мелиорантов [1, 8]. Сформировать необходимый банк данных для решения вопросов прогнозирования транслокации

Значения коэффициентов биологического поглощения (Ах) микроэлементов и тяжелых металлов

поллютантов в агробиосистемах позволит сбор и систематизация данных о накоплении микроэлементов и тяжелых металлов в органах сельскохозяйственных культур в зависимости от уровня техногенной нагрузки, содержания элементов в почвенном покрове и используемой агротехники их выращивания [4].

Цель лизиметрических исследований заключалась в изучении распределения микроэлементов и тяжелых металлов в фитомассе гречихи при выращивании на оподзоленном черноземе на фоне применения различных систем минеральных удобрений. Повышенные дозы фосфорных и калийных удобрений были внесены на третьем варианте опыта ^160060). Схема проведения полевого лизиметрического опыта имела следующий вид: 1 - контроль; 2 - ШР1К1; 3 - ШР4К4.

Для опытов использовались лизиметры конструкции ВНИИГиМ, почва (оподзоленный чернозем) ненарушенного сложения со смоделированным глубоким залеганием уровня грунтовых вод (1,5 м). После уборки и учета фитомассы гречихи проводилось определение в ней содержания меди, цинка, свинца и кадмия методом атомно-абсорбционной спектрометрии в соответствии с Методическими указаниями по определению тяжелых металлов в почвах сельхозугодий и продукции растениеводства, 1992 и ГОСТ Р 55447-2013.

Варианты Дозы удобрений Коэффициенты поглощения элементов

медь цинк свинец кадмий

1. контроль - 5,69 20,43 1,61 7,29

2. N1P1K1 N40P40K40 7,07 17,36 1,29 7,90

3. N2P4K4 N80P160K160 7,11 25,07 1,94 8,16

Анализ данных, представленный в таблице 1 показал, что на биологическое поглощение изучаемых элементов фитомассой гречихи различные системы минеральных удобрений оказали влияние. Следует отметить, что цинк, медь и кадмий более активно накапливаются в фитомассе растений гречихи, чем свинец.

Значения коэффициентов биологического поглощения изучаемых элементов в фитомассе гречихи распределены следующим образом:

- по меди: наибольшее значение зафиксировано на варианте 3, наименьшее - на варианте 1;

- по цинку: наибольшее значение зафиксировано на варианте 3, наименьшее - на варианте 2;

- по свинцу: наибольшее значения зафиксировано на варианте 3, наименьшее - на варианте 2;

- по кадмию: наибольшее значения зафиксировано на варианте 3, наименьшее - на варианте 1.

На основе изучения по вариантам лизиметрического эксперимента коэффициентов биологического поглощения рассмотренных тяжелых металлов и микроэлементов был построен эмпирический ряд их накопления, имеющий следующий вид: Zn > Cd > ^ > Pb. Анализ эмпирических рядов накопления показал, что в

фитомассе гречихи интенсивнее накапливаются цинк и кадмий, чем медь и свинец. Согласно ГОСТ 17.4.1.02-83 кадмий, свинец также и цинк относятся к химическим веществам первого класса опасности, поэтому нуждаются в пристальном контроле за содержанием в элементах агроэкосистем. На основе анализа урожайности и химико-аналитических определений содержания тяжелых металлов и микроэлементов в фитомассе гречихи был рассчитан вынос изучаемых элементов (рисунок 1).

Экология СПРАВОЧНИК

Коэффициенты биологического поглощения, представляющие собой отношение содержания элемента в золе растения (минеральная часть этого растения) к содержанию в почве в месте произрастания, у растений-концентраторов чрезвычайно велики. Так, у крапивы двудольной он доходит для Мо до 250, у сушеницы топяной для С(1 — до 50; у укропа для — до 60.[ . ]

О направленности биологического круговорота можно получить представление, если определить коэффициенты биологического поглощения распространенных химических элементов наземной растительностью. Указанный коэффициент численно равен отношению концентрации химического элемента в золе растительности суши к его средней концентрации в литосфере. Это графически показано в верхней части рис. 38. Растительность оказывает активное воздействие на перераспределение многих химических элементов, в первую очередь углерода, азота, фосфора, серы и галогенов.[ . ]

Под действием ионизирующего излучения в биологической ткани такие частицы вызывают разрушение компонентов клеточных структур. Число биологических дефектов пропорционально поглощенной дозе. Однако при определении поглощенной дозы не учитывают тот факт, что излучение с большей ЛПЭ при прочих равных условиях производит больше нарушений в биологической ткани. Чтобы учесть указанный эффект, вводят величину, называемую эквивалентной дозой (поглощенная доза в органе или ткани, умноженная на безразмерный взвешивающий коэффициент для данного вида излучения). При этом альфа-излучение считается в 20 раз опаснее других видов излучений.[ . ]

Мы также говорили о том, что физическое воздействие не обязательно равно биологическому. Разные типы излучения при одной и той же поглощенной дозе оказывают различное биологическое воздействие. Поэтому ввели третье понятие - эквивалентная доза, которая получается из поглощенной дозы умножением ее на особый коэффициент качества излучения (КК). Для альфа-излучения КК=20, для нейтронного излучения КК=10 (быстрые нейтроны) и КК=3 (тепловые нейтроны), для бета и гамма-излучений КК=1. Измеряется эквивалентная доза в бэр (биологический эквивалент рада).[ . ]

Фосфор, единственным источником которого служит литосфера, относится к веществам с высоким коэффициентом биологического поглощения. Он присутствует в клеточном материале в составе многих соединений: фосфатных групп, входящих в структуру нуклеиновых кислот, фосфолипидов, макроэргичес-ких соединений (АТФ), участвующих в энергетических и анаболических процессах. Фосфор ассимилируется из среды в ходе фотосинтеза, хемосинтеза, разложения органических остатков. Способность запасать этот элемент в клетке обусловливает определенную независимость водорослей от его содержания в среде (Sommer, 1985; Harris, 1986). С геохимическими процессами в бассейне связано поступление фосфора в поверхностные воды, которые наряду с промышленными и бытовыми стоками являются источником его поступления в водоемы (Коплан-Дикс, Алексеев, 1988; Harris, 1986). Круговорот фосфора в природе носит однонаправленный характер: он не возвращается в исходную фазу (как азот - в газообразное состояние). У исследователей нет единого мнения в отношении форм существования фосфора в водоеме. Разными методами выделяют до восьми взаимосвязанных между собой фракций, формирующих его общий фонд. В наиболее общем виде они могут трактоваться как растворенный и взвешенный фосфор, формирующие его общий фонд (Элементы круговорота. 1987). Основная масса общего фосфора в водоеме существует в виде взвешенной фракции. Растворенный неорганический фосфор, содержащийся в меньших количествах, характеризуется высокой (от нескольких минут) скоростью оборачиваемости (Harris, 1986).[ . ]

Кроме необратимых физических потерь азота, происходят потери усвояемости азота в результате биологического его поглощения почвенными микроорганизмами, которые являются конкурентами растений за обладание лекгоусвояемым азотом удобрения. Поэтому в конечном итоге коэффициент использования азотного удобрения на создание урожая никогда не достигает 100%.[ . ]

Главным источником элементов в растениях являются почвы. По степени накопления элементов растениями, мерилом которой является коэффициент биологического поглощения Ах или отношение содержания элемента в золе растений к содержанию этого элемента в почве или породе, А.И. Перельман выделил пять рядов (табл. 46).[ . ]

Внесистемной единицей эквивалентной дозы ионизирующего излучения является бэр1. Бэр равен эквивалентной дозе, при которой произведение поглощенной дозы в биологической ткани стандартного состава .на взвешивающий коэффициент wR равно 100 эрг/г. Таким образом, 1 бэр = 0,013в = 1рад/wR.[ . ]

Различные растения аккумулируют разное число микроэлементов. Так, медь накапливают растения семейства гвоздичных, кобальт — некоторые овощные культуры (перцы). Высокий коэффициент биологического поглощения цинка характерен для березы карликовой и лишайников, никеля и меди — для вероники и лишайников.[ . ]

Коэффициенты биологического накопления металлов у большей части изученных растений составляли следующий восходящий ряд: Ni < Cu < Fe < Zn < Mn (табл. 2). У некоторых гидрофитов максимальные коэффициенты накопления были характерны для железа.[ . ]

КОЭФФИЦИЕНТ БИОЛОГИЧЕСКОГО НАКОПЛЕНИЯ [от лат. со — с, вместе и е/АЫет — производящий] — отношение содержания к.-л. элемента (напр., радионуклида или тяжелого металла) в организме к содержанию его в окружающей среде (в земной коре, почвообразующей породе, почве или искусственной питательной среде).[ . ]

Коэффициенты биологического накопления рассчитаны по отношению к местным почвообразующим породам (суглинистые отложения морского генезиса).[ . ]

Для оценки загрязнения растительного покрова в придорожной полосе можно использовать коэффициент биологического накопления (КБН), равный отношению концентрации тяжелых металлов в золе растений к их концентрации в почве. При известных КБН и концентрации тяжелых металлов в почве можно определить их концентрацию в золе растений.[ . ]

Полученные результаты анализов группировались в выборки по различным признакам (по типу почв, генезису и составу почвообразующих пород, видам растений и их экобиоморфам, по географическому признаку). Для всех выборок были вычислены основные, статистические параметры (среднеарифметическое содержание X, коэффициент вариации V, среднеквадратичное отклонение S и т.д.). Для генетических горизонтов почв вычислялись элювиально-аккумулятивные коэффициенты Кэл, представляющие собой отношение содержания данного химического элемента в том или ином почвенном горизонте к среднему содержанию его в почвообразующей породе [Глазовская, 1964а; Авессаломова, 1987]. Также были вычислены показатели дифференциации почвенно-грунтовой толщи по методике Е.Г. Нечаевой [1971, 1974, 1985]. Для оценки поступления элементов в растения были рассчитаны коэффициенты биологического накопления (КБН), равные отношению содержания микроэлемента в золе растения к содержанию в почве или породе, на которой растение произрастало [Перельман, 1966].[ . ]

Судя по списку видов-доминантов (табл. 2), наиболее часто встречаемыми видами являются элодея канадская, роголистник темнозеленый и рдест курчавый. По литературным данным, эти виды наиболее устойчивы кТМ и способны накапливать их в значительных количествах (Кадукин и др., 1982). Изучая накопительную способность гидрофитов в модельных экспериментах, мы также отмечали высокие значения коэффициента биологического накопления меди, кадмия и никеля у рдеста, элодеи и ряски трехраздельной (Малева и др., 2004).[ . ]

Читайте также:

Коэффициент биологического поглощения тяжелых металлов

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Ильинский Андрей Валерьевич

Похожие темы научных работ по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству , автор научной работы — Ильинский Андрей Валерьевич

Текст научной работы на тему «Анализ коэффициентов биологического поглощения тяжелых металлов для кормовой свеклы»

Аннотация научной статьи по экологическим биотехнологиям, автор научной работы — Ильинский Андрей Валерьевич

Похожие темы научных работ по экологическим биотехнологиям , автор научной работы — Ильинский Андрей Валерьевич

ESTIMATION OF BIOLOGICAL ABSORPTION COEFFICIENTS OF ELEMENTS AND HEAVY METALS FOR THE BIOMASS OF BUCKWHEAT

Текст научной работы на тему «ОЦЕНКА КОЭФФИЦИЕНТОВ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПОГЛОЩЕНИЯ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ И ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ ДЛЯ ФИТОМАССЫ ГРЕЧИХИ»

Экология СПРАВОЧНИК