В практическом земледелии известны случаи недобора урожая, ухудшения качества продукции при посеве высокочувствительных культур на полях, в почве которых содержание остатков препаратов и продуктов их распада превышает порог устойчивости данной культуры.
Химический анализ не дает интегральной оценки вреда, вызываемого суммарной токсичностью, обусловленной остатками препаратов, их метаболитами и метаболитами организмов. Поэтому для контроля за фитотоксичностью почвы используют биометоды. Под биотестированием понимается определение токсичности почвы и продукции по биологическим объектам. Биоиндикаторами служат растения или определенные их части, грибы, лишайники, насекомые, рыбы, семена, пыльца растений и т. д. Главное требование к индикатору – высокая чувствительность к определяемому токсиканту или продуктам его распада.
Так, биоиндикаторами на производные мочевины являются овес, крессалат, кукуруза, горох, кабачок, свекла; на производные сим-триазинов – овес, пшеница, рапс, сахарная свекла; на присутствие кадмия в почве реагируют хорошо проростки кукурузы, редиса и т. д.
Задание. Дать оценку качественного состояния почв.
Материалы и оборудование: семена редиса, чашки Петри, фильтровальная бумага, колбы с дистиллированной водой, образцы почвы, колбы на 250 мл, химические стаканы вместимостью 75 мл, автоматическая качалка, термостат, весы.
Методика выполнения работы. Смешанную пробу почвы составляют из 20 проб, отобранных по диагонали поля. Почву тщательно перемешивают и очищают от остатков корней растений. Вносят 100 г почвы в колбу вместимостью 250 мл со 100 мл дистиллированной воды (1:1). Колбу закрывают резиновой пробкой и взбалтывают в течение 2,5 ч при 60 колебаниях в минуту. Затем почвенную вытяжку фильтруют через складчатые фильтры в чистые колбы. Предварительно отбирают семена редиса, близкие по величине и цвету (лучше использовать семена со светло-желтой оболочкой, обладающие более высокой всхожестью). Отобранные семена по 100 шт. помещают в чашки Петри, заливают 10 мл почвенной вытяжки. Распределяют равномерно двумя порциями по 50 шт. Повторность двукратная. Проращивание проводится в термостате при температуре 21–23 оС при комнатной температуре. Опыт снимают на третьи сутки. Измеряют общую массу проростков и длину корней в каждой повторности, учитывая невсхожие семена (всхожими считаются семена, прорвавшие оболочку).
После измерения длины корней в двух повторностях рассчитывают среднюю длину корня семени, а также процент снижения длины по сравнению с контролем. Уменьшение длины корней проростков по отношению к контролю, выраженное в процентах, и является показателем токсичности. Достоверной считается токсичность 20 % и выше. Такая токсичность по биотесту при сравнении с калибровочной шкалой растворов пестицидов соответствует их количеству, превышающему остаточность препарата, определенного химическим методом, в три раза и более. Данные определений заносят в табл. 19.
Т а б л и ц а 19. Токсичность почвы у отобранных образцов
Варианты опыта | Общее количество семян, шт. | Проросло семян, шт. | Всхожесть, % | Масса, г | |
корней | надземной части | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
О к о н ч а н и е т а б л. 19
Общая длина корней проростков, см | Средняя длина одного корня, см | ± к контролю | Токсичность | |
см | % | |||
7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
Р а б о т а № 10. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ УРОВНЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР
ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ
Одним из наиболее мощных факторов разрушения природы является загрязнение окружающей среды тяжелыми металлами. К ним относятся химические элементы, имеющие плотность более 6 г/см3 и атомную массу свыше 40.
Тяжелые металлы – часть природы. Они входят в состав почв, пресных и морских вод, содержатся в растительных и животных организмах. В зависимости от количественного содержания и функциональной значимости для живых организмов их делят на три группы. К первой группе относят те элементы, которые требуются организмам постоянно и в большом количестве. Их содержание изменяется от 60 до 0,001 % массы тела. Это кальций, магний, железо. Ко второй группе также относятся элементы, необходимые для жизнедеятельности, но в значительно меньших концентрациях. Содержание их изменяется от 0,001 до 0,00001 %. К ним относятся марганец, кобальт, медь, молибден, цинк, ванадий, алюминий. Эти элементы входят в состав ферментов и гормонов.
Концентрация элементов третьей группы не превышает 0,00001 % массы тела. Физиологическая роль отдельных металлов этой группы полностью не выяснена. Сюда входят уран, радий, золото, ртуть, бериллий, свинец, кадмий и др. Поэтому как недостаток, так и избыток их поступления в организм негативно влияет на процессы жизнедеятельности.
Тяжелые металлы в зависимости от биологических особенностей живых объектов, возрастного состояния, действующей концентрации, экологической обстановки вызывают существенные морфологические изменения в организме. Главными из них являются:
- онкогенез и развитие злокачественных опухолей; мутагенез – нарушения в соматических клетках и гаметах; тератогенез – нарушение структуры и функции отдельных органов, систем и тканей; эмбриотоксичность – накопление в эмбрионе и нарушение его развития; ингибирование или стимулирование ферментативных процессов; некрозы; токсикозы.
Эти изменения могут возникнуть по отдельности или в различных временных и пространственных сочетаниях друг с другом.
Источники поступления тяжелых металлов могут быть природными и техногенными. К природным относятся выветривание горных пород, эрозионные процессы, вулканическая деятельность. К техногенным:
– выброс при высокотемпературных технологических процессах (из плавельных печей, при производстве стали и сплавов цветных металлов, при обжиге цементного сырья, при сжигании природного органического топлива);
– орошение сточными промышленными водами;
– вторичное загрязнение вследствие выноса тяжелых металлов из отвалов рудников или металлургических предприятий водными или воздушными потоками;
– поступление в почву при постоянном внесении высоких доз органических и минеральных удобрений, пестицидов, регуляторов роста;
– выбросы автомобильного транспорта.
Исходя из огромной опасности, которую несут в себе эти элементы, появилась необходимость прогноза возможного загрязнения сельскохозяйственной продукции для хозяйств, расположенных в зоне транспортного и промышленного загрязнения.
Задания.
1. Спрогнозировать возможное содержание тяжелых металлов в сельскохозяйственной продукции, выращенной в зоне загрязнения.
2. Определить качественное состояние продукции.
3. Разработать мероприятия по снижению загрязнений продукции тяжелыми металлами.
Методика выполнения работы. Первоначально определяют общее содержание каждого элемента в пахотном слое, которое слагается из запасов элемента в почве и той массы, которая вносится с минеральными и органическими удобрениями при возделывании сельскохозяйственных культур:
Запасы элемента в пахотном слое почвы определяют по формуле
где с – содержание элемента в воздушно-сухой почве, мг/кг (прил. 7);
а – плотность почвы, г/см3 (для торфяно-болотных почв – 0,15–0,2, для минеральных – 1,0–1,3);
h – высота пахотного горизонта, м.
Поступление тяжелого элемента с удобрениями рассчитывают по уравнению
где V – доза удобрения, вносимая в физическом весе, кг/га (прил. 8);
n – содержание элемента в 1 кг удобрения, мг (прил. 9).
Данные заносятся в табл. 20.
Т а б л и ц а 20. Поступление в почву тяжелых элементов с удобрениями
Культура | Вид удобрения | Доза удобрения | Поступление элемента с удобрениями, мг/га | Wобщ, мг/га | |||||
д. в., кг/га | в физ. весе, кг/га | Pb | Cd | Zn | Cu | Pb | Cd | Zn | Cu |
1 | |||||||||
Сумма |
Затем, используя данные о выносе тяжелых элементов различными органами растений (прил. 5), находят его содержание в товарном урожае культуры с площади в 1 га:
,
где V – содержание элемента в товарной части продукции, мг;
Wобщ – запасы элемента в пахотном слое, мг/га;
q – переход элемента в органы растений, % от общего запаса в почве (прил. 10).
Уровень загрязнения тяжелым металлом продукции определяют как частное между содержанием токсиканта в товарной продукции (мг) и урожайностью (кг/га). Полученные результаты сопоставляют с санитарно-гигиеническими нормами (прил. 11). Данные заносят в табл. 21 и делают соответствующие выводы о качестве продукции.
Т а б л и ц а 21. Возможное накопление элементов Pb, Cd, Cu, Zn
в сельскохозяйственной продукции
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
