Влияние органического вещества на сорбционную функцию почв
|
ОГЛАВЛЕНИЕ 2
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 9
2.1 Объекты исследований 9
2.1.1 Почвы Санкт-Петербурга 9
2.1.2 Почвы Тосненского района Ленинградской области 12
2.1.3 Почвы заповедника «Белогорье» 15
2.2 Методы исследований 19
2.3 Профильная характеристика объектов исследования 24
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 49
3.1 Оценка влияния органического вещества на сорбционную функцию по катионообменной способности 49
3.2 Значение органического вещества для сорбционной функции по отношению к воде 61
3.3 Удельная поверхность как суммарный показатель проявления сорбционной функции 67
3.4. Оценка вклада ОВ в сорбционную функцию в аспекте иммобилизации тяжелых металлов 76
ВЫВОДЫ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 91
ПРИЛОЖЕНИЯ 98
Приложение 1. Карта расположения разрезов городских почв 99
Приложение 2. Фотографии и морфологическое описание разрезов городских почв 100
Приложение 3. Карта местоположения разрезов в Тосненском районе Ленинградской области 103
Приложение 4. Фотографии и морфологическое описание разрезов в Тосненском районе Ленинградской области 104
Приложение 5. Карта местоположения разрезов и мониторинговой площадки «Водяное» в Ямской степи зап. «Белогорье» 107
Приложение 6. Морфологическое описание и фотографии почвенных разрезов в заповеднике «Белогорье» 108
Приложение 7. Результаты определения гранулометрического состава 112
Приложение 8. Интегральные кривые гранулометрического состава 114
Приложение 9. Дифференциальные кривые гранулометрического состава 115
Приложение 10. Результаты определения удельной поверхности по методу БЭТ в образцах до и после удаления органического вещества 116
Приложение 11. Результаты статистической обработки данных определения равновесных влажностей с помощью программы Excel 120
Приложение 12. Результаты статистической обработки данных определения тяжелых металлов в вытяжках с помощью программы Excel 127
Приложение 13. Результаты фракционного определения содержания кадмия 138
Приложение 14. Результаты статистической обработки (сравнение выборок и частные корреляции) показателей физико-химических свойств исследованных образцов с помощью программы SPSS 140
Приложение 15. Результаты статистической обработки (характеристика выборки) показателей физико-химических свойств исследованных образцов с помощью программы SPSS 149
ВВЕДЕНИЕ 4
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 6
2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 9
2.1 Объекты исследований 9
2.1.1 Почвы Санкт-Петербурга 9
2.1.2 Почвы Тосненского района Ленинградской области 12
2.1.3 Почвы заповедника «Белогорье» 15
2.2 Методы исследований 19
2.3 Профильная характеристика объектов исследования 24
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 49
3.1 Оценка влияния органического вещества на сорбционную функцию по катионообменной способности 49
3.2 Значение органического вещества для сорбционной функции по отношению к воде 61
3.3 Удельная поверхность как суммарный показатель проявления сорбционной функции 67
3.4. Оценка вклада ОВ в сорбционную функцию в аспекте иммобилизации тяжелых металлов 76
ВЫВОДЫ 90
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 91
ПРИЛОЖЕНИЯ 98
Приложение 1. Карта расположения разрезов городских почв 99
Приложение 2. Фотографии и морфологическое описание разрезов городских почв 100
Приложение 3. Карта местоположения разрезов в Тосненском районе Ленинградской области 103
Приложение 4. Фотографии и морфологическое описание разрезов в Тосненском районе Ленинградской области 104
Приложение 5. Карта местоположения разрезов и мониторинговой площадки «Водяное» в Ямской степи зап. «Белогорье» 107
Приложение 6. Морфологическое описание и фотографии почвенных разрезов в заповеднике «Белогорье» 108
Приложение 7. Результаты определения гранулометрического состава 112
Приложение 8. Интегральные кривые гранулометрического состава 114
Приложение 9. Дифференциальные кривые гранулометрического состава 115
Приложение 10. Результаты определения удельной поверхности по методу БЭТ в образцах до и после удаления органического вещества 116
Приложение 11. Результаты статистической обработки данных определения равновесных влажностей с помощью программы Excel 120
Приложение 12. Результаты статистической обработки данных определения тяжелых металлов в вытяжках с помощью программы Excel 127
Приложение 13. Результаты фракционного определения содержания кадмия 138
Приложение 14. Результаты статистической обработки (сравнение выборок и частные корреляции) показателей физико-химических свойств исследованных образцов с помощью программы SPSS 140
Приложение 15. Результаты статистической обработки (характеристика выборки) показателей физико-химических свойств исследованных образцов с помощью программы SPSS 149
Актуальность исследований. Изучение экологических функций почв в условиях нарастающего антропогенного давления, и в частности сорбционной функции, является на сегодняшний день крайне актуальной задачей.
Сорбционная функция почвы проявляется в реализации ее поглотительной способности, а основным механизмом данной функции является адсорбция коллоидами почвы газов, жидкостей, молекул и ионов веществ, поступающих в почву различными путями (Добровольский, Никитин, 2012).
Аккумуляция органического вещества (ОВ) в ходе почвообразовательного процесса направлена на проявление почвой ее сорбционной функции. Значимое влияние органического вещества на сорбционные свойства почвы в отношении макроэлементов, воды, тяжелых металлов подтверждено на большом статистическом материале и отмечено во многих публикациях (Горбунов, 1978; Schnitzer, 1978; Орлов, 1985, 1990; Пинский, 1995; Dixon, Schultze, 2002; Трофимов, 2008; Соколова, Трофимов, 2009; Смагин с соавт., 2004; Водяницкий, 2015; Ладонин, 2016 и многие другие).
Оценка вклада ОВ в сорбционную функцию представляется важной не только при рассмотрении его как одного из главнейших агентов, ответственных за ее реализацию, но и как более рефлекторно реагирующего (по сравнению с минеральной матрицей) на усиление влияния антропогенного воздействия как фактора почвообразования.
Несмотря на всеобщее внимание к сорбционной функции почвы, необходимо признать, что проблема наличия адекватных критериев для ее количественной оценки до сих пор остается актуальной. Количественная оценка сорбционной функции открывает возможности для ранжирования почв по степени проявления этой функции в зависимости от их физико-химических свойств, для математического моделирования прогнозов ее изменения в зависимости от меняющихся условий, для разработки своевременных мер по ее регулированию.
Не освещенной и важной остается также проблема деградации сорбционной функции в условиях развития мегаполисов.
Исходя из описанной проблематики, была определена цель и поставлены задачи настоящей работы.
Цель исследования: определение роли органического вещества в проявлении сорбционной функции почв в сравнении естественных почв и почв, испытывающих антропогенную нагрузку.
Задачи исследования:
1. Изучить сорбционную способность почвы по показателям, характеризующим физико-химическую поглотительную способность естественных и антропогенно- измененных почв.
2. Изучить влияние содержания и состава органического вещества на сорбционную способность почвы в отношении воды, катионов макроэлементов, тяжелых металлов.
3. Провести сравнительный анализ проявления сорбционной функции почвы для естественных почв и почв, подвергающихся антропогенному влиянию.
4. Оценить изменение сорбционной функции в связи с антропогенной нагрузкой. Выявить причины, приводящие к деградации сорбционной функции почвы.
5. Предложить критерии для количественной оценки и сравнительной характеристики сорбционной функции почв.
Личный вклад автора. Тема, цель, задачи, объекты, методы исследования определены автором совместно с научным руководителем.
Все лабораторные исследования почвенных образцов выполнены лично автором при корректирующем участии научного руководителя, за исключением исследований гранулометрического состава почв разрезов, заложенных в заповеднике «Белогорье» (данные предоставлены руководством заповедника), и разреза в Лисинском лесхозе Тосненского района Ленинградской области (данные определения гранулометрического состава вместе с образцами предоставлены Центральным музеем почвоведения им. В.В.Докучаева).
Полевые исследования, отбор образцов, кроме образцов из Тосненского района Ленинградской области, были произведены при непосредственном участии автора.
Апробация работы. Тезисы работы были доложены на Всероссийской научной конференции XIX Докучаевские молодежные чтения «Почва - зеркало ландшафта», Санкт-Петербург, 2016.
Сорбционная функция почвы проявляется в реализации ее поглотительной способности, а основным механизмом данной функции является адсорбция коллоидами почвы газов, жидкостей, молекул и ионов веществ, поступающих в почву различными путями (Добровольский, Никитин, 2012).
Аккумуляция органического вещества (ОВ) в ходе почвообразовательного процесса направлена на проявление почвой ее сорбционной функции. Значимое влияние органического вещества на сорбционные свойства почвы в отношении макроэлементов, воды, тяжелых металлов подтверждено на большом статистическом материале и отмечено во многих публикациях (Горбунов, 1978; Schnitzer, 1978; Орлов, 1985, 1990; Пинский, 1995; Dixon, Schultze, 2002; Трофимов, 2008; Соколова, Трофимов, 2009; Смагин с соавт., 2004; Водяницкий, 2015; Ладонин, 2016 и многие другие).
Оценка вклада ОВ в сорбционную функцию представляется важной не только при рассмотрении его как одного из главнейших агентов, ответственных за ее реализацию, но и как более рефлекторно реагирующего (по сравнению с минеральной матрицей) на усиление влияния антропогенного воздействия как фактора почвообразования.
Несмотря на всеобщее внимание к сорбционной функции почвы, необходимо признать, что проблема наличия адекватных критериев для ее количественной оценки до сих пор остается актуальной. Количественная оценка сорбционной функции открывает возможности для ранжирования почв по степени проявления этой функции в зависимости от их физико-химических свойств, для математического моделирования прогнозов ее изменения в зависимости от меняющихся условий, для разработки своевременных мер по ее регулированию.
Не освещенной и важной остается также проблема деградации сорбционной функции в условиях развития мегаполисов.
Исходя из описанной проблематики, была определена цель и поставлены задачи настоящей работы.
Цель исследования: определение роли органического вещества в проявлении сорбционной функции почв в сравнении естественных почв и почв, испытывающих антропогенную нагрузку.
Задачи исследования:
1. Изучить сорбционную способность почвы по показателям, характеризующим физико-химическую поглотительную способность естественных и антропогенно- измененных почв.
2. Изучить влияние содержания и состава органического вещества на сорбционную способность почвы в отношении воды, катионов макроэлементов, тяжелых металлов.
3. Провести сравнительный анализ проявления сорбционной функции почвы для естественных почв и почв, подвергающихся антропогенному влиянию.
4. Оценить изменение сорбционной функции в связи с антропогенной нагрузкой. Выявить причины, приводящие к деградации сорбционной функции почвы.
5. Предложить критерии для количественной оценки и сравнительной характеристики сорбционной функции почв.
Личный вклад автора. Тема, цель, задачи, объекты, методы исследования определены автором совместно с научным руководителем.
Все лабораторные исследования почвенных образцов выполнены лично автором при корректирующем участии научного руководителя, за исключением исследований гранулометрического состава почв разрезов, заложенных в заповеднике «Белогорье» (данные предоставлены руководством заповедника), и разреза в Лисинском лесхозе Тосненского района Ленинградской области (данные определения гранулометрического состава вместе с образцами предоставлены Центральным музеем почвоведения им. В.В.Докучаева).
Полевые исследования, отбор образцов, кроме образцов из Тосненского района Ленинградской области, были произведены при непосредственном участии автора.
Апробация работы. Тезисы работы были доложены на Всероссийской научной конференции XIX Докучаевские молодежные чтения «Почва - зеркало ландшафта», Санкт-Петербург, 2016.
ВЫВОДЫ:
1. Удаление органического вещества из почв способствует достоверному снижению способности к катионному обмену, фиксируемому по изменению величин ЕКО. При высоком начальном содержании органического вещества наблюдается более резкое уменьшение катионообменной способности почвы. Между величинами ЕКОисх/ЕКОп.обр. и Сорг наблюдается тесная линейная корреляционная зависимость.
2. При удалении органического вещества из почв снижается сумма обменных катионов и изменяется их состав. Между величинами £(Са2+, Мд2+)исх/£(Са2+, Мд2+)п. обр и Сорг наблюдается тесная корреляционная взаимосвязь. Удаление органического вещества из гумусовых горизонтов влияет на перераспределение в составе катионов в сторону относительного увеличения обменного Mg2+. Особенно этот эффект заметен на почвах, богатых гумусом и основаниями (серая метаморфическая и чернозем).
3. Удаление органического вещества приводит к снижению сорбционной способности почв по отношению к воде во всем диапазоне гигроскопической влаги. Увеличивается энергетическая неоднородность поверхности раздела адсорбат- адсорбент, наблюдается достоверное уменьшение удельной поверхности, определенной двумя методами: по БЭТ и по адсорбции метиленового синего.
4. Органическое вещество оказывает значимое влияние на иммобилизацию тяжелых металлов, что подтверждается резким увеличением их выхода в ацетатно- аммонийную вытяжку после удаления органического вещества, особенно в случае сильного загрязнения почв.
5. Сорбционная функция почвы, оцененная по ЕКО, адсорбции молекул воды и поглощению тяжелых металлов, характеризуется существенным изменением в антропогенных почвах по сравнению с естественными аналогами. Причинами деградации сорбционной функции в антропогенных почвах служат деструктивные преобразования органического вещества, ослабление органо-минеральных взаимодействий и загрязнение тяжелыми металлами.
6. В качестве критериев оценки сорбционной функции почвы предлагаются взаимозависимые и интегральные величины: ЕКО, So, состав обменных катионов, количество Сорг. Достоверность использования этих показателей для количественной оценки сорбционной функции подтверждена методом корреляционного анализа.
7. Сравнение методов определение ЕКО Бобко-Аскинази и MB-test (по адсорбции метиленового синего) способом попарно сопряженных выборок позволила установить возможность применения метода MB-test, как менее длительного и трудоемкого для характеристики сорбционной способности почв.
1. Удаление органического вещества из почв способствует достоверному снижению способности к катионному обмену, фиксируемому по изменению величин ЕКО. При высоком начальном содержании органического вещества наблюдается более резкое уменьшение катионообменной способности почвы. Между величинами ЕКОисх/ЕКОп.обр. и Сорг наблюдается тесная линейная корреляционная зависимость.
2. При удалении органического вещества из почв снижается сумма обменных катионов и изменяется их состав. Между величинами £(Са2+, Мд2+)исх/£(Са2+, Мд2+)п. обр и Сорг наблюдается тесная корреляционная взаимосвязь. Удаление органического вещества из гумусовых горизонтов влияет на перераспределение в составе катионов в сторону относительного увеличения обменного Mg2+. Особенно этот эффект заметен на почвах, богатых гумусом и основаниями (серая метаморфическая и чернозем).
3. Удаление органического вещества приводит к снижению сорбционной способности почв по отношению к воде во всем диапазоне гигроскопической влаги. Увеличивается энергетическая неоднородность поверхности раздела адсорбат- адсорбент, наблюдается достоверное уменьшение удельной поверхности, определенной двумя методами: по БЭТ и по адсорбции метиленового синего.
4. Органическое вещество оказывает значимое влияние на иммобилизацию тяжелых металлов, что подтверждается резким увеличением их выхода в ацетатно- аммонийную вытяжку после удаления органического вещества, особенно в случае сильного загрязнения почв.
5. Сорбционная функция почвы, оцененная по ЕКО, адсорбции молекул воды и поглощению тяжелых металлов, характеризуется существенным изменением в антропогенных почвах по сравнению с естественными аналогами. Причинами деградации сорбционной функции в антропогенных почвах служат деструктивные преобразования органического вещества, ослабление органо-минеральных взаимодействий и загрязнение тяжелыми металлами.
6. В качестве критериев оценки сорбционной функции почвы предлагаются взаимозависимые и интегральные величины: ЕКО, So, состав обменных катионов, количество Сорг. Достоверность использования этих показателей для количественной оценки сорбционной функции подтверждена методом корреляционного анализа.
7. Сравнение методов определение ЕКО Бобко-Аскинази и MB-test (по адсорбции метиленового синего) способом попарно сопряженных выборок позволила установить возможность применения метода MB-test, как менее длительного и трудоемкого для характеристики сорбционной способности почв.
Подобные работы
- Влияние органического вещества на сорбционную функцию почв
Магистерская диссертация, сельское хозяйство. Язык работы: Русский. Цена: 5760 р. Год сдачи: 2016 - ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕФТЕПРОДУКТАМИ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ РАЗНОГО ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО СОСТАВА
Магистерская диссертация, экология территорий. Язык работы: Русский. Цена: 5400 р. Год сдачи: 2018 - ВЛИЯНИЕ БИОУГЛЯ НА СОДЕРЖАНИЕ ЛАБИЛЬНОГО УГЛЕРОДА И ДОСТУПНОГО РАСТЕНИЯМ АЗОТА В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ
Бакалаврская работа, экология и природопользование. Язык работы: Русский. Цена: 4255 р. Год сдачи: 2019 - Технологическая установка для очистки нефтезагрязнённых грунтов
Бакалаврская работа, безопасность жизнедеятельности (БЖД). Язык работы: Русский. Цена: 4900 р. Год сдачи: 2016 - Оптимизация почвенно-грунтовых условий в парково-ландшафтном строительстве г. Набережные Челны
Магистерская диссертация, техносферная безопасность. Язык работы: Русский. Цена: 4980 р. Год сдачи: 2018 - ВЛИЯНИЕ СОРБЕНТОВ СЕРИИ «УНИСОРБ» НА
МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НЕФТЕЗАГРЯЗНЕННОЙ И
НЕ ЗАГРЯЗНЕННОЙ ПОЧВЫ
Бакалаврская работа, биология. Язык работы: Русский. Цена: 4650 р. Год сдачи: 2021 - Влияние пестицидов и гуминовых кислот на морфофункциональные фенотипы эритроцитов invitro
Главы к дипломным работам, биология. Язык работы: Русский. Цена: 2000 р. Год сдачи: 2018