Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Биологические науки
Экология

Диссертационная работа:

Автухович Ирина Евгеньевна. Металлы и древесные растения: экологические аспекты взаимовлияния : диссертация ... доктора сельскохозяйственных наук : 03.00.16.- Москва, 2006.- 462 с.: ил. РГБ ОД, 71 06-6/91

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА I. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭКОЛОГИИ МЕТАЛЛОВ 13

1.1. Тяжелые металлы в природной среде и методы снижения их
токсичности 13

  1. Краткая характеристика тяжелых металлов 14

  2. Поступление тяжелых металлов в окружающую среду 22

1.1.3. Современные технологии, применяемые для детоксикации почв,
загрязненных тяжелыми металлами 26

1.2. Роль некоторых микроэлементов в жизни растений 37

  1. физиологическая роль Мп в жизни растений 38

  2. Физиологическая роль Со в жизни растений 42

  3. Физиологическая роль Zn в растениях 46

ГЛАВА II. ПРОГРАММА РАБОТ, МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ, ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ПРИРОДНЫЕ
УСЛОВИЯ 52

  1. Программа работ 52

  2. Объекты исследований и их природно-климатические условия 54

  1. Объекты исследований 54

  2. Природные условия региона исследований 61

2.3. Методика проведения экспериментов 65

ГЛАВА III. ИНДУЦИРОВАННАЯ ФИТОЭКСТРАКЦИЯ ПОЧВЕННОГО
КАДМИЯ 82

  1. Особенности аккумуляции и выноса Cd в условиях индуцированной фитоэкстракции 82

  2. Изучение и сравнительная характеристика распределения поллютанта в почве по фракциям 92

  3. Изучение роста, жизнедеятельности и элементного состава растений—106

  1. Действие индуктора фитоэкстракции на накопление металла изучаемыми растениями 106

  2. Ростовые и физиологические показатели саженцев в условиях индуцированной фитоэкстракции 121

ВЫВОДЫ 130

ГЛАВА ^.СРАВНИТЕЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ ОРГАНИЧЕСКИХ
КИСЛОТ В ПОВЫШЕНИИ ПОГЛОЩЕНИЯ РЬ ДРЕВЕСНЫМИ
РАСТЕНИЯМИ 131

4.1. Действие органических кислот на извлечение металлов из питательного
раствора 131

4.2. Оценка состояния и роста лиственниц в различных вариантах
эксперимента 144

4.3. Влияние доз ЭДТА на эффективность очистки воды 150

ВЫВОДЫ 152

ГЛАВА V. ИЗУЧЕНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПОЧВЕННО-КОРНЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ

ЦИНКА В ПОЧВЕ 154

5.1. Распределение металлов в почве и закономерности их поглощения
корнями растений 154

5.2. Жизнедеятельность сеянцев клена остролистного при различных

концентрациях почвенного цинка 173

ВЫВОДЫ 179

ГЛАВА VI. ИЗУЧЕНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕКОРНЕВОЙ ПОДКОРМКИ
СОЛЯМИ МИКРОЭЛЕМЕНТОВ НА САЖЕНЦЫ И СЕЯНЦЫ ДРЕВЕСНЫХ
ПОРОД 183

6.1. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на
жизнедеятельность и почвоулучшаюшую способность саженцев
лиственницы сибирской 185

6.2. Влияние некорневой подкормки солями микроэлементов на состояние,
рост и почвоулучшающие свойства сеянцев конского каштана

обыкновенного 199

ВЫВОДЫ 211

ГЛАВА VII. РОЛЬ РИЗОСФЕРЫ В ДЕТОКСИКАЦИИ ПОЧВ,

ЗАГРЯЗНЕННЫХ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ 214

7.1. Сравнительная характеристика почвенно-агрохимических условий
изучаемых объектов 218

7.2. Закономерности распределения металлов по почвенным составляющим
и их аккумуляция древесными растениями 231

7.3. Особенности жизненного состояния насаждений на объектах

исследований 238

ВЫВОДЫ 246

ГЛАВА VIII. ДРЕВЕСНЫЕ РАСТЕНИЯ, КАК БИОИНДИКАТОРЫ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ 250

  1. Хвойные насаждения в условиях техногенной нагрузки 250

  2. Лиственные насаждения в урбанизированной зоне 268

ВЫВОДЫ 281

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 283

НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ- 287

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 288

ПРИЛОЖЕНИЯ 327

СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПРИЛОЖЕНИЯ 373

Введение к работе:

Актуальность исследований. Данная работа, основанная на изучении особенностей взаимовлияния в системе металлы-древесные растения, посвящена изучению состояния зеленых насаждений в антропогенных условиях, их роли в детоксикации почв, вопросам диагностики и прогнозирования питания растений в условиях разной обеспеченности элементами, а также вопросам подготовки и адаптации посадочного материала к условиям загрязнения, путем повышения его устойчивости и способности к очистке загрязненных почв и вод, заложенной природой.

В настоящее время в ряде районов нашей страны сложилась очень напряженная экологическая обстановка. При этом одними из наиболее опасных загрязнителей окружающей среды являются тяжелые металлы.

Жизненное состояние растений, а также степень накопления поллютантов в них дает наиболее достоверную информацию о загрязненности окружающей среды. Исходя из этого, метод биоиндикации приобретает все большее значение. Вопросам аккумуляции тяжелых металлов различными растениями и грибами посвящен целый ряд научных публикаций. Так, содержание тяжелых металлов в макромицетах изучалось Г. К. Андросовым и Н.Н. Шергиной (1993), особенности накопления тяжелых металлов мхами, сельскохозяйственными, древесными и кустарниковыми растениями — Н.М. Матвеевым, Н.В. Прохоровой и Л.Э. Степуровой (1992), Н.М. Матвеевым, В.А. Павловским, Н.В. и Прохоровой (1997), Н.М. Матвеевым и Н.В. Прохоровой (1999), В.П. Тарабриным (1980), В.Г. Атрохиным и В .Я. Курамшиным (1991) и др.

Серьезным источником экологического неблагополучия в антропогенной зоне является почва (Башаркевич и др. 1998). В очистке и восстановлении почв, загрязненных тяжелыми металлами ризосфера

древесных растений играет исключительно важную роль, которая определяется деятельностью корней, обилием их кислотных выделений, наличием большого количества органического вещества и микроорганизмов, поселяющихся вблизи корней. Вопрос о роли ризосферы в ремедиации почв является довольно новым и не до конца изученным. В литературе на сегодняшний день практически полностью отсутствует сравнительная характеристика роли ризосферы различных древесных пород в детоксикации почв, загрязненных тяжелыми металлами, которая была бы важна в выборе наиболее эффективных древесных пород для урбанизированных территорий и промышленных зон.

Кроме того, с целью очистки и восстановления почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами, целесообразно повышение естественной способности древесных растений к аккумуляции и выносу тяжелых металлов, что достигается путем применения в качестве индукторов фитоэкстракции хелатообразующих агентов. Последние увеличивают доступность металлов в почве, повышают их растворимость, снижают токсичность и облегчают поглощение корнями растений. Для нашей страны вопрос индуцированной фитоэкстракции остается не до конца разработанным.

Учитывая огромную экологическую роль древесных насаждений в условиях урбанизации, необходимо выращивание здорового, устойчивого и высококачественного посадочного материала на основе воздействия на растительный организм сбалансированного минерального питания, в том числе и микроэлементами. Опыт многих исследователей по применению микроэлементов, свидетельствует о многостороннем их влиянии на физиологические процессы, определяющие устойчивость к неблагоприятным условиям среды: засухе, высокой и низкой температуре, а также к техногенным воздействиям. Установлено, что положительное влияние микроэлементов на устойчивость растений связано с многообразными

изменениями в обмене веществ, которые обусловливают их действие на рост, развитие и водный обмен. В результате улучшения ростовых и физиологических показателей под влиянием микроудобрений, растения более успешно экстрагируют поллютанты из почвы, значительнее обогащают ее органическим веществом и кислотными экссудатами, что способствует иммобилизации токсикантов в ней.

Применение различных методов адаптации и подготовки древесных растений к условиям города требует научных знаний и практического опыта, полученных на основе изучения и анализа особенностей взаимовлияний в системе металлы-древесные растения, чему и посвящена данная работа.

Цель и задачи. Основной целью работы изучение возможностей применения древесных растений в качестве зеленых биофильтров в техногенной зоне для очистки окружающей среды, на основе использования и повышения их природных способностей к детоксикации почв и вод, содержащих тяжелые металлы, а также повышения устойчивости и качества посадочного материала, предназначенного для условий загрязнения.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

изучение действия индукторов фитоэкстракции - органических кислот на повышение накопления и выноса металлов саженцами древесных растений из почв и вод;

изучение роста и протекания физиологических процессов у саженцев древесных растений под действием тяжелых металлов и индукторов фитоэкстракции;

изучение поведения цинка в почве за длительный временной период;

изучение зависимости характера накопления растениями цинка и других сопутствующих ему элементов от особенностей почвенно-корневого взаимодействия в условиях изменения содержания изучаемого металла в почве от недостатка к избытку;

изучение влияния некорневой подкормки микроэлементами на рост и жизнедеятельность сеянцев и саженцев некоторых древесных пород;

изучение изменения фракционного состава металлов в почве после выращивания сеянцев и саженцев некоторых древесных пород, претерпевших влияние некорневой подкормки микроэлементами;

установление экологических функций ризосферы древесных растений на основе изучения фракционного состава металлов и их распределения по почвенным составляющим под различными древесными породами в антропогенной среде;

изучение и оценка загрязнения почвы и листового аппарата древесных растений тяжелыми металлами в посадках разных уровней загрязненности;

изучение действия тяжелых металлов на жизненное состояние различных древесных растений в техногенной зоне.

Научная новизна диссертации заключается в применении системного экологического подхода к изучению и оценке особенностей взаимовлияния в системе «металлы-древесные растения», заключающегося в использовании широкого спектра оценочных показателей: почвенных, агрохимических, экотоксикологических, физиологических и лесоводственных. Данная методология позволяет выявить важнейшие закономерности в жизнедеятельности и питании растений, а также в их влиянии на почву с целью применения способов воздействия на растения, направленной на повышение их естественных способностей к очищению почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами, а также адаптации посадочного материала к условиям техногенеза. В работе представлены результаты 7 самостоятельных экспериментов, на основании которых впервые:

- разработан метод повышения фитоэкстракции тяжелых металлов из почв и вод древесными растениями разных пород с использованием индукторов этого процесса органических хелатообразующих кислот;

выявлены особенности закрепления металла в почве за длительный временной период;

разработаны методические принципы диагностики обеспеченности почв в элементах питания и потребностей растений в них, основанные на оценке характера распределения элементов по почвенным компонентам: ПКП, Р и ОМП;

выявлена взаимосвязь между изменением содержания элемента на почвенно-корневой поверхности, изменяющегося от недостатка к избытку, и характером его накопления растениями, а также предложен способ прогнозирования поступления металлов в растения из почвы, при их концентрациях не выходящих на уровень загрязнения;

- показана роль микроэлементов в повышении почвоулучшающей и почводетоксицирующей способности саженцев древесных растений;

установлена роль ризосферы в детоксикации почв, содержащих тяжелые металлы;

детально изучено влияние растений на фракционной состав металлов в почве и их распределение по почвенным компонентам и горизонтам.

Теоретическая и практическая значимость работы Разработан сравнительно недорогой и относительно безвредный биологический метод очистки почв и вод, загрязненных тяжелыми металлами с использованием древесных растений, основанный на повышении их способности к поглощению и выносу загрязнителей, путем применения индукторов фитоэкстракции - органических кислот, в частности ЭДТА. Разработан метод диагностики обеспеченности почв микроэлементами и определения потребности растений в них, а также способ прогнозирования поглощения элементов растениями, в зависимости от их содержания в доступной форме на почвенно-корневой поверхности - ПКП. Это позволят целенаправленно влиять на питание растений с целью его последующей коррекции, а также сэкономить денежные средства на

проведение дорогостоящих экспериментов за счет их сокращения. Полученные сведения обогащают научные знания по вопросу питания растений в условиях разного уровня обеспеченности почвы необходимыми элементами. Данные о закреплении цинка в почве за длительный временной период представляют определенный научный интерес. Предложен метод некорневой подкормки сеянцев и саженцев древесных пород для повышения их устойчивости, улучшения жизнедеятельности, роста и почвоулучшающей способности. Данный метод может быть использован для ускоренного выращивания устойчивого и высококачественного посадочного материала для городских и пригородных условий. Установлена роль ризосферы различных древесных пород в детоксикации тяжелых металлов, знание которой может послужить фундаментом для разработки стратегии выбора и использования древесных растений в целях очистки почв и ризофильтрации вод, загрязненных поллютантами. В результате проведенных исследований получены агрохимические, лесоводственные и экологические данные по жизненному состоянию и росту древесных растений в городской и пригородной зоне, которые могут послужить основой для дальнейшего проведения экологического мониторинга в условиях техногенеза, прогноза развития насаждений в урбанизированной среде, а также для решения обширного спектра задач, связанных с реабилитацией загрязненных территорий. Выводы, рекомендации, материалы и метод системного подхода могут быть использованы при проведении научно-исследовательских и производственных работ в зеленом строительстве, лесном хозяйстве и экологии, а также в учебном процессе по курсам «Экология», «Почвоведение», «Охрана окружающей среды», «Агрохимия» и «Лесоведение».

Обоснованность и достоверность результатов исследований базируется на многолетних полевых, вегетационных и лабораторных исследованиях, результаты которых обрабатывались методами

математической статистики на основе методик И.И. Гусева (1980,1986), Б.А. Доспехова (1985) и Н.Н. Свалова (1977), с использованием вычислительной техники.

Основные положения, выносимые на защиту:

фиторемедиация окружающей среды на основе контроля взаимовлияния в
системе металлы-древесные растения;

метод очистки почв и вод основанный на усилении фитоэкстракции тяжелых металлов саженцами различных древесных пород, посредством применения хелатообразующих агентов;

закономерности влияния тяжелых металлов на жизненное состояние древесных растений в условиях индуцированной фитоэкстракции;

выявленные особенности поведения цинка в почве за длительный временной период;

методические принципы диагностики обеспеченности почв элементами питания и потребности растений в них;

возможность прогнозирования питания растений;

пути улучшения роста, жизнедеятельности и почвоулучшающей способности различных древесных пород: ели, сосны, лиственницы, клена, ясеня, дуба и каштана;

выявленные и сформулированные экологические функции ризосферы: фитосорбционная, фитоэкстракционная и фитостабилизационная;

системный экологический подход к изучению и оценке состояния и трансформации почв и древесных растений в условиях техногенной нагрузки.

Апробация работы Результаты работы докладывались на 44-ой и 47-ой конференции факультета агрохимии МСХА (1991 и 1994); на научной конференции, посвященной 130-летию академии МСХА (1995); научных конференциях молодых ученых и специалистов МСХА (1995, 1997 и 1998);

ежегодных научных конференциях МСХА (1996,1997,1998); научно-технической конференции лесного факультета МГУЛ (Москва, 1997); на 2-ой экологической конференции молодых ученых (аспирантов), посвященной Всемирному дню охраны окружающей среды МГГУ (Москва, 1998); научно-технических конференциях профессорскопреподавательского состава и аспирантов МГУЛ (Москва, 1998, 1999, 2000, 2001, 2002, 2003, 2004 и 2005 гг.), Международной научной конференции «Проблемы рационального хозяйства и охраны лесных экосистем - 98» (Москва, 1998), ежегодных конференциях аспирантов и докторантов МГУЛа (2003, 2004, 2005 гг.), 7 Интернациональной конференции по биогеохимии микроэлементов (7 ICOBTE) в г. Уппсала (Швеция) - 2003г, Международной конференции BOKU в Вене (Австрия) - 2002г, Международной конференции в Санкт-Петербурге «Леса Евразии - Белые ночи» - 2003, Международном форуме ВЕКОФОРУМ в Санкт-Петербурге - 2003.

Автор выражает признательность агентству SWEDISH INSTITUTE и проекту INTAS за финансовую поддержку проведенных исследований.

Публикации. Результаты исследований по теме диссертации опубликованы в монографии: «Индуцированная фитоэкстракция почвенного кадмия» и 40 научных статьях, четыре из которых опубликованы на иностранном языке.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 326 стр. основного текста, 372 стр. - вместе с приложениями, включает 73 таблицы, 56 рисунков, 53 приложения. Работа состоит из введения, 8 глав, выводов и научно-практических рекомендаций. Список использованной литературы содержит 411 наименований, в том числе 216 на иностранных языках.

Подобные работы
Шаранова Екатерина Вячеславовна
Экологические аспекты трансформации соединений тяжелых металлов (меди и свинца) в системе почва-растение
Кудряшова Вероника Игоревна
Аккумуляция тяжелых металлов дикорастущими растениями
Рождественская Тамара Анатольевна
Тяжелые металлы в почвах и растениях юго-западной части Алтайского края
Бокова Татьяна Ивановна
Закономерности детоксикации антропогенных загрязнителей (тяжелых металлов) в системе почва - растение - животное - продукт питания человека
Голофтеева Анна Сергеевна
Влияние тяжелых металлов на фитонцидную активность растений и микрофлору в условиях антропоэкосистемы
Казанцев Иван Викторович
Экологическая оценка влияния железнодорожного транспорта на содержание тяжелых металлов в почвах и растениях полосы отвода
Ткаченко Ольга Анатольевна
Влияние различных видов вермикомпоста на поведение цезия-137 и тяжелых металлов в системе почва-растение
Борцова Ирина Юрьевна
Техногенное загрязнение естественных пастбищ Красноярской лесостепи и миграция тяжелых металлов в цепи "почва-растение-продукт(молоко)"
Метелкин Алексей Сергеевич
Миграция тяжелых металлов в цепи почва-растение на прифермских землях с разной степенью загрязнения в центральном районе Нечерноземной зоны России
Макарова Юлия Владимировна
Гистохимическая оценка накопления и распределения тяжелых металлов в органах и тканях сельскохозяйственных растений в зависимости от условий произрастания

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net