Изменение рН в ризосфере проростков в условиях моно и полиэлементного загрязнения


Как показали результаты исследований, моно- и полиэлементное загрязнение вызвало сдвиг значений рН в зонах ризосферы проростков ячменя и пшеницы и в общей массе почвы.

Исходные значения рН в контрольном варианте вегетационного опыта составили 7,28-7,30 в зонах ризосферы проростков ячменя и пшеницы, 7,30-7,34 в общей массе почвы.

В условиях искусственного загрязнения с увеличением вносимой дозы металлов пределы колебаний значений рН составили: при внесении меди – 7,05-7,12 в зонах ризосферы и 7,12-7,20 в общей массе почвы; при внесении цинка – 6,94-7,16 и 7,09-7,20 соответственно; при внесении свинца – 6,84-6,90 и 6,87-7,0; при внесении кадмия – 6,76-6,90 и 6,89-7,06; а при внесении смеси ТМ – 6,60-7,0 и 7,22 (табл. 25).

Из таблицы 25 видно, что уровень рН в зонах ризосферы не имел достоверной разницы во всех вариантах опыта.

Согласно результатам исследования, в условиях искусственного загрязнения с увеличением вносимой дозы значения рН снизились относительно контроля: при внесении меди на 2- 3 % в ризосфере и в общей почве; при внесении цинка – на 1,6-3 % в ризосфере и 1,9-2 % в общей массе почвы; при внесении свинца – на 5,2-7 % и на 4,6-6,4 %; при внесении кадмия – на 5,2-7 % и на 5,4-6 %; а при внесении смеси ТМ – на 7-8 % и 5-6,8 % соответственно. Таким образом, максимальное подкисление почвенного раствора в ризосфере проростков и в общей массе почвы было характерно в опыте с полизагрязнением почвы, минимальное – при внесении цинка.

Установлено достоверное снижение рН в ризосфере проростков по сравнению с общей массой почвы при всех дозах моно- и полизагрязнения: при внесении меди на 2-3,2 %; при внесении цинка – на 1,4-2,4 %; при внесении свинца – на 1-2 %; при внесении кадмия – на 1,7-2,5 %; а при внесении смеси ТМ – на 1,3-2,9 %.

Таблица 25

Уровень рН в ризосфере проростков в условиях искусственного загрязнения

Доза ПДК

Общая почва

Ячмень

Общая почва

Пшеница

Собственно ризосфера

Почва с

поверхности корня

Собственно ризосфера

Почва с

поверхности корня

1

2

3

4

5

6

7

0

7,34±0,23

0,6

7,28±0,25

0,27

7,27±0,21

0,27

7,30±0,21

0,27

7,26±0,2

0,27

7,27±0,2

0,27

Медь

1

7,17±0,13

0,14

7,02±0,21

0,28

7,00±0,20

0,25

7,18±0,15

0,14

7,01±0,20

0,26

7,00±0,22

0,27

3

7,20±0,13

0,14

7,01±0,14

0,14

7,02±0,12

0,15

7,22±0,12

0,14

7,01±0,14

0,15

6,99±0,12

0,17

5

7,12±0,06

0,15

6,94±0,05

0,28

6,94±0,04

0,15

7,11±0,06

0,18

6,92±0,08

0,16

6,90±0,07

0,15

Продолжение табл. 25

1

2

3

4

5

6

7

1

7,20±0,08

0,28

7,05±0,09

0,14

7,05±0,10

0,16

7,20±0,09

0,28

7,04±0,10

0,16

7,05±0,11

0,18

3

7,09±0,11

0,28

6,94±0,12

0,14

6,92±0,12

0,15

7,06±0,11

0,28

6,92±0,08

0,12

6,90±0,06

0,14

Цинк

5

7,17±0,06

0,14

7,07±0,09

0,16

7,07±0,09

0,16

7,19±0,02

0,12

7,03±0,11

0,12

7,02±0,09

0,10

Свинец

1

7,00±0,08

0,11

6,90±0,10

0,12

6,90±0,09

0,12

7,02±0,09

0,11

6,91±0,08

0,11

6,90±0,06

0,12

3

6,91±0,08

0,28

6,84±0,11

0,18

6,85±0,12

0,16

6,93±0,10

0,14

6,81±0,10

0,15

6,81±0,10

0,15

5

6,87±0,10

0,15

6,76±0,09

0,14

6,73±0,10

0,15

6,86±0,09

0,17

6,77±0,08

0,12

6,74±0,10

0,15

Кадмий

1

7,06±0,07

0,19

7,02±0,09

0,21

6,90±0,06

0,14

7,08±0,10

0,14

6,92±0,08

0,15

6,90±0,17

0,12

3

6,96±0,08

0,19

6,84±0,08

0,14

6,84±0,08

0,14

6,98±0,10

0,15

6,86±0,06

0,17

6,84±0,08

0,15

5

6,89±0,07

0,17

6,76±0,08

0,14

6,74±0,09

0,12

6,90±0,10

0,15

6,76±0,08

0,17

6,73±0,10

0,15

Смесь элементов

1

6,98±0,08

0,15

6,86±0,07

0,21

6,84±0,08

0,19

6,96±0,10

0,17

6,87±0,08

0,14

6,88±0,10

0,17

3

7,22±0,07

0,14

7,01±0,10

0,19

7,01±0,10

0,19

7,20±0,12

0,15

7,02±0,06

0,15

7,00±0,07

0,17

5

6,74±0,09

0,19

6,60±0,10

0,21

6,61±0,08

0,19

6,77±0,09

0,15

6,62±0,06

0,17

6,60±0,08

0,19

Примечание: в числителе – среднее и его ошибка; в знаменателе − коэффициент вариации (%).

Поступающие в почву соединения ТМ оказывают как прямое воздействие на рН почвы, так и опосредованное. Прямое воздействие ТМ на реакцию среды происходит вследствие взаимодействия солей ТМ с водой, что практически во всех случаях приводит к снижению рН, поскольку соединения ТМ являются гидролитически кислыми.

Многими авторами показана возможность эквивалентного обмена катионов ТМ и водорода на почвах и их компонентах [76, 77, 104-107]. Ион ТМ образует растворимый гидрокомплекс, который затем присоединяется к минеральной частице. При этом в раствор выделяются ионы водорода, что и приводит к уменьшению величины рН.

Ме2+ + 2Н2О → Ме (ОН)2 + 2Н+

Однако рН почвы благодаря буферности последней снижается значительно в меньшей степени по сравнению с реакцией водного раствора солей металлов.

Опосредованное изменение рН почвы при загрязнении ТМ возможно вследствие стимуляции или угнетения жизнедеятельности микроорганизмов, метаболиты которых способны существенно влиять на реакцию среды. А в ризосфере проростков, кроме процесса гидролиза солей ТМ, поставщиком протонов являются органические продукты экзоосмоса корней. Таким образом, рН в ризосфере зависит от физиологической активности корневой системы, которая в свою очередь проявляется в зависимости от характера загрязнения общей массы почвы.

Рис. 15. Изменение рН в ризосфере проростков при внесении Cu

Рис. 16. Изменение рН в ризосфере проростков при внесении Zn

Рис. 17. Изменение рН в ризосфере проростков при внесении Pb

Рис. 18. Изменение рН в ризосфере проростков при внесении Cd

Рис. 19. Изменение рН в ризосфере проростков при совместном внесении

ТМ (Cu, Zn, Pb, Cd)

Коэффициенты вариации значений рН в исследуемых почвенных фракциях характеризовались низкими значениями − 0,11-0,6 %.

Корреляционный анализ выявил тесную отрицательную зависимость между уровнем рН и вносимой дозой при моно- и полизагрязнении как в ризосфере проростков, так и в общей массе почвы (табл. 26).

Таблица 26

Корреляционная зависимость между рН и дозой ТМ в ризосфере проростков

при искусственном загрязнении

Почвенные фракции

Cu

Zn

Pb

Cd

Монозагрязнение

Общая почва

-0,61

-0,94

-0,95

-0,98

Ризосфера пшеницы

-0,84

-0,98

-0,98

-0,96

Ризосфера ячменя

-0,85

-0,98

-0,99

-0,97

Полизагрязнение

Общая почва

-0,98

-0,98

-0,97

-0,98

Ризосфера пшеницы

-0,98

-0,98

-0,98

-0,98

Ризосфера ячменя

-0,99

-0,99

-0,99

0,99

Корреляционная связь между уровнем рН и концентрацией подвижных форм ТМ в ризосфере и общей почве в условиях искусственного загрязнения имела отрицательный характер, но проявлялась с различной силой.

Корреляция между рН и концентрацией кислоторастворимой формы цинка, свинца и кадмия при моно- и полизагрязнении во всех исследуемых почвенных фракциях была высокой. Аналогичная корреляционная зависимость для меди при монозагрязнении была средней, при полизагрязнении – в ризосфере пшеницы была средней, в ризосфере ячменя – слабой, а в общей массе почвы – очень слабой (табл. 27).

Корреляция между рН и концентрацией обменной формы цинка, свинца и кадмия в ризосфере проростков и общей массе почвы во всех вариантах опыта характеризовалась высокими показателями. Аналогичная корреляционная связь для меди при монозагрязнении в ризосфере пшеницы была средней, в ризосфере ячменя – слабой, а в общей массе почвы – отсутствовала; при полизагрязнении во всех почвенных фракциях была средней силы
(табл. 27).

Таблица 27

Корреляционная зависимость между рН и концентрацией подвижных форм

соединений ТМ в ризосфере проростков при искусственном загрязнении

ТМ

Кислоторастворимая форма

Обменная форма

Водорастворимая форма

Общая почва

Ризосфера

Общая почва

Ризосфера

Общая почва

Ризосфера

Пшеница

Ячмень

Пшеница

Ячмень

Пшеница

Ячмень

Монозагрязнение

Cu

0,6

-0,72

-0,73

-0,04

-0,5

-0,7

-0,25

-0,69

-0,95

Zn

-0,93

-0,99

-0,98

-0,96

-0,97

-0,99

-0,73

-0,66

-0,6

Pb

-0,8

-0,92

-0,92

-0,88

-0,98

-0,98

-0,85

-0,94

-0,89

Cd

-0,99

-0,88

-0,93

-0,99

-0,88

-0,91

-0,93

-0,78

-0,72

Полизагрязнение

Cu

0,15

-0,7

-0,43

-0,85

-0,7

-0,78

-0,5

-0,67

-0,6

Zn

-0,98

-0,97

-0,99

-0,98

-0,98

-0,98

-0,82

-0,75

-0,7

Pb

-0,95

-0,91

-0,94

-0,93

-0,97

-0,9

-0,88

-0,86

-0,82

Cd

-0,96

-0,98

-0,99

-0,95

-0,99

-0,9

-0,91

-0,99

-0,98

В ризосфере и в общей массе почвы во всех вариантах опыта рН высоко коррелировал с концентрацией водорастворимых соединений свинца.

Корреляция между рН и концентрацией водорастворимого цинка во всех исследуемых почвенных фракциях характеризовалась средней силой.

Корреляционная связь между рН и концентрацией водорастворимой формы кадмия при монозагрязнении в ризосфере проростков была средней, в общей массе почвы - высокой, при полизагрязнении корреляция имела высокие показатели во всех почвенных фракциях.

Корреляция между рН и содержанием водорастворимой меди при монозагрязнении в ризосфере пшеницы была средней силы, в ризосфере ячменя – высокой, а в общей массе почвы − очень слабой; в условиях полизагрязнения во всех исследуемых почвенных фракциях корреляционная связь характеризовалась средней силой.

Таким образом, сила проявления корреляционных связей между рН и содержанием подвижных соединений ТМ в почвенных фракциях зависела от химической природы металла, формы его нахождения, характера и уровня загрязнения почвы, а также от почвенной фракции.