Нормирование содержания тяжелых металлов в почвах и растениях.

Антропогенная эволюция почвенного покрова зависит как от характера антропогенных воздействий, так и от особенностей природных свойств экосистем, их устойчивости к различным видам нагрузок и способности к восстановлению. Эта эволюция носит глобальный характер с существенным изменением многих закономерностей распределения почв и структур как планеты в целом, так и отдельных регионов.

Необходимо, прежде всего, получить и систематизировать всестороннюю информацию о комплексе антропогенных воздействий на почвы и почвенный покров страны, а также изучить трансформации различных по генезису почв и структур почвенного покрова под влиянием отдельных видов их воздействий. Особенно важно изучить устойчивость и регенеративную (восстановительную) способность почв и почвенного покрова в различных природных обстановках.

Под нормированием следует понимать такую антропогенную нагрузку, которая при длительном (многолетнем) воздействии на почву не вызывает каких-либо патологических изменений в почвенной биоте и в свойствах ее абиотической части, особенно в почвенном поглощающем комплексе.

Нормирование содержания, в частности металлов, в почвах предусматривает установление их предельно допустимых количеств (ПДК). Под ПДК тяжелых металлов следует понимать такие их концентрации, которые при длительном воздействии на почву и произрастающие на ней растения не вызывают каких-либо патологических изменений или аномалий в ходе биологических почвенных процессов, а также не приводят к накоплению токсичных элементов в сельскохозяйственных культурах и, следовательно, не могут нарушить биологический оптимум для животных и человека.

Различают следующие виды экологического нормирования: ландшафтное, биотическое, почвенное. Нормирование содержания любого ингредиента для почвенно-растительного покрова встречает огромные трудности в связи с тем, что биота, почва, ландшафт, в отличие от сравнительно гомогенных (однородных) водной и воздушной сред, являются гетерогенными компонентами биосферы в пространстве и времени.

Загрязнители можно разбить на 4 группы – почвохимически активные; биохимически активные; загрязнители, сочетающие в себе признаки обеих групп; индифферентные:

- в группу почвохимически активных загрязнителей включены вещества (оксиды щелочноземельных катионов, минеральные кислоты, щелочи, нефтепродукты и др.), воздействующие на щелочно-кислотные, окислительно-восстановительные условия, меняющие педохимическую обстановку, морфологию почвенного профиля;

- в группу биохимически активных загрязнителей включены вещества, активно воздействующие на биоту почвы. Это – деформанты, пестициды, тяжелые металлы, радионуклиды и др.;

- третья группа включает в себя соединения, вещества, являющиеся почвохимически и биохимически активными одновременно. Это, в первую очередь, тяжелые металлы в высоких концентрациях, способные к гидролизу и оказывающие негативное воздействие не только на биоту, но и на физико-химические свойства почв, и ряд других ингредиентов, составляющих первые две группы;

- в группу индифферентных загрязнителей входят: оксиды кремния, железа, глинистые минералы и др., являющиеся индифферентными и не оказывающие существенного влияния на почвенно-растительный покров.

В соответствии с этой классификацией нормирование загрязнителей должно проводиться с учетом направленности, степени их воздействия на состав почв, их морфологию, на почвенную и наземную биоту.

Существует 3 способа загрязнения почв – агрогенный, гидрогенный, аэрогенный:

- первые два способа загрязнения воздействуют на природные или сельскохозяйственные экосистемы в основном периодически и только через корневую систему;

- аэрогенный перенос загрязнений является наиболее масштабным по воздействию на природную среду, действует непрерывно, атакует и непосредственно наземный растительный покров. В связи с этим очень важно знать, во-первых, эффекты его непосредственного воздействия на наземную биоту, во-вторых, скорость поступления и трансформации загрязнителей в почвах.

Большую работу по нормированию содержания химических ингредиентов в почвах проводят медики-гигиенисты. Согласно принятой ими схеме, нормирование подразделяется на:

1 - транслокационное (переход нормируемого элемента в растение);

2 - миграционное воздушное (переход в воздух);

3 - миграционное водное (переход в воду);

4 - общесанитарное, гигиеническое (влияние на самоочищающую способность почвы и почвенный микробиоценоз).

При нормировании содержания тяжелых металлов в почвах некоторые ученые предлагают различать их весовые доли: губительные (летальные), снижающие урожай (сублетальные), не влияющие на рост, развитие и биомассу растений (толерантные) и те доли, которые ведут к накоплению элементов до уровня ПДК по пищевым и кормовым цепям.

В табл. 5.1 дана классификация почв с точки зрения уровня их загрязнения различными тяжелыми металлами, при этом выделяют 4 уровня – низкий, средний, высокий и очень высокий.

Таблица 5.1 - Классификация почв по степени загрязнения металлами,

мг/кг воздушно-сухой почвы

элемент	Уровень загрязнения
низкий	средний	высокий	очень высокий
Свинец	5-10 --_________________________________________--_____ 100-150	10-50 --_________________________________________--_____ 150-500	50-100 --_________________________________________--_____ 500-1000	>100 --_________________________________________--_____ >1000
Кадмий	0,5-1,0 --_________________________________________--_____ 1-2	1,0-3,0 --_________________________________________--_____ 2-5	3-5 ___________________________________ 5-10	>5 --________________________--_____ >10
Цинк	20-50 --_________________________________________--_____ 150-200	50-100 --_________________________________________--_____ 200-500	100-200 --_________________________________________--_____ 500-1000	>200 --_________________________________________--_____ >1000
Медь	5-10 --_________________________________________--_____ 100-150	10-50 --_________________________________________--_____ 150-250	50-100 --_________________________________________--_____ 250-500	>100 --_________________________________________--_____ >500
Никель	5-10 --_________________________________________--_____ 100-150	10-50 --_________________________________________--_____ 150-300	50-100 --_________________________________________--_____ 300-600	>100 --_________________________________________--_____ >600
Ртуть	не опр. --_________________________________________--_____ 1-2	не опр. --_________________________________________--_____ 2-5	не опр. --_________________________________________--_____ 5-10	не опр. --_________________________________________--_____ >10

*В числителе – содержание подвижных форм, в знаменателе – общее содержание элемента.

Для того, чтобы решить проблему нормирования воздействия того или иного токсиканта, необходимо иметь систему взаимосвязанных показателей: предельно допустимые нормы поступления вещества на единицу площади, предельно допустимые концентрации его в атмосфере, наземном растительном покрове, почвах, почвенно-грунтовых водах.

В настоящее время многочисленные государственные и ведомственные службы, призванные контролировать состояние компонентов биосферы свои основные усилия обращают на оценку состояния конечных звеньев и изучаемой системы. Источник эмиссии – атмосфера, питьевые воды, воды открытых водоемов, почва, наземный растительный покров, товарная часть растительной продукции, животные, человек. При этом очень мало внимания уделяют начальным звеньям системы. А ведь широко известно: легче предотвратить загрязнение, чем ликвидировать его последствия.

Мероприятия по мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами.

В большинстве промышленных стран Запада благодаря использованию современных промышленных технологий и высокой степени очистки атмосферных выбросов от вредных аэрозолей острота проблемы загрязнения почв тяжелыми металлами на локальном уровне в последние годы значительно ослаблена и преодолевается. В нашей стране переработка огромных масс сырьевых и энергетических ресурсов вызывала и продолжает вызывать возникновение многих экологических проблем.

Основные направления природоохранной деятельности должны быть сосредоточены, в первую очередь, на резком сокращении выбросов вредных веществ в атмосферу. Реальность, однако, такова, что безотходных производств нет и, по-видимому, не будет. Необходимо стремиться к созданию малоотходных технологий.

Для снижения загрязнения придорожных территорий продуктами сгорания автомобильного топлива целесообразны организация санитарно-защитных зон и высадка лесополос. Сформированные защитные насаждения предотвращают необратимое накопление выбросов автотранспорта в придорожных полосах и сохраняют хозяйственную ценность этих земель.

Перечислим различные способы химической мелиорации почв, загрязненных тяжелыми металлами:

- один из самых распространенных способов – известкование, которое увеличивает поглотительную способность почв, изменяет состав поглощенных оснований в твердой фазе почвы: водород и обменный алюминий в значительной степени замещаются кальцием;

- внесение органического вещества. Органическое вещество выступает как хороший адсорбент катионов и анионов, повышает буферность почв, понижает концентрацию солей в почвенном растворе. Все это способствует снижению фитотоксичности многовалентных тяжелых металлов, препятствует их поступлению в растения;

- применение ионообменных смол, которые содержат карбоновые и гидроксильные группы. Смолы используют в кислотной форме, либо в форме, насыщенной ионами кальция, калия, магния или их смесью и вносят в почву в виде гранул или порошка в количестве, зависящем от содержания тяжелых металлов;

- существенном снижении фитотоксичности большинства тяжелых металлов в результате образования в почве труднорастворимых солей. Так, обогащение почв растворимыми соединениями ортофосфорной кислоты, с одной стороны, повышает содержание фосфора в почве, улучшая тем самым ее плодородие, с другой стороны – способствует образованию нерастворимых соединений тяжелых металлов. Данный прием наиболее эффективен при сильном загрязнении почв, так как для образования нерастворимого осадка нужна определенная концентрация, обеспечивающая образование насыщенного раствора соли того металла, осаждения которого нам необходимо добиться. Наиболее эффективен этот прием в тех случаях, когда можно ожидать соединения металла с анионом кислоты, образующей соль с очень низким произведением растворимости; к таким анионам относятся фосфаты, карбонаты, силикаты и некоторые другие.

Заслуживает внимания особый вид мелиорации – фитомелиорация.

Дата добавления: 2015-07-08