авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |
-- [ Страница 1 ] --

Кубанский государственный аграрный университет

Научно-исследовательский институт прикладной

и экспериментальной экологии

И.С. Белюченко

Экология

Кубани

(Часть II)

Краснодар, 2005

Белюченко И.С. Экология Кубани. Часть II. Краснодар: Изд-во КГАУ. 2005. 470 с.

Во второй части монографии обсуждается степень загрязнения различных

ландшафтов края некоторыми поллютантами (тяжелыми металлами, пестицидами и др.) на основе обобщения данных научных публикаций различных авторов и резуль татов исследований и экспериментальных материалов, выполненных научно исследовательским институтом прикладной и экспериментальной экологии Кубан ского госагроуниверситета. В частности, в сравнительном плане рассматриваются уровни загрязнения основных составляющих экосистем (почва, вода, донные отло жения) по природно-хозяйственным зонам и геохимическим ландшафтам в пределах отдельных административных районов и в целом по краю, а также накопление за грязняющих веществ в растительных и животных тканях. Анализируются особенно сти загрязнения тяжелыми металлами водных систем, особенно степной зоны, в свя зи со спецификой хозяйственной деятельности человека. Для некоторых загрязните лей (цинк, свинец, кадмий, кобальт и ДДТ) анализируются особенности их распреде ления по почвенным слоям, элементам рельефа и сезонам года. Эти и другие сведе ния, затрагивающие характер загрязнения ландшафтных систем Кубани, представ ляют интерес для научных и практических работников экологической сферы, препо давателей ВУЗов, техникумов и средних школ, а также для студентов и учащихся.

Материалы, помещенные в приложениях обеих частей монографии, могут использо ваться как справочный материал всеми, кого интересуют проблемы экологии от дельных районов края.

Подготовка и издание монографии «Экология Кубани» в 2-х частях были осуществлены при материальной поддержке Администрации края и Департа мента биологических ресурсов, экологии и рыбохозяйственной деятельности Краснодарского края.

Кубанский госагроуниверситет, 2005 г.

СОДЕРЖАНИЕ ПРЕДИСЛОВИЕ ВВЕДЕНИЕ Глава 1. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ЛАНДШАФТНЫЕ СИСТЕМЫ В РАБОТАХ РОССИЙСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ Источники тяжелых металлов Влияние тяжелых металлов на свойства почвы Тяжелые металлы и гидросфера Загрязняющие вещества в биологических объектах Влияние тяжелых металлов на развитие растений Тяжелые металлы в системе корма–животные–продукты животноводства Фиторемедиация и рекультивация почв Глава 2.

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ И ПРОБЛЕМЫ РАЗВИТИЯ ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМ КРАЯ Экологическое состояние почвенного покрова Экологическое состояние водных ресурсов Экологическое состояние атмосферного воздуха Экологическое состояние растительного покрова Экологическое состояние животного мира Экологическое состояние населения Экологическое состояние сельскохозяйственной продукции Факторы, влияющие на окружающую среду в крае Техногенные и природные катастрофы Глава 3. ТЯЖЕЛЫЕ МЕТАЛЛЫ И НЕОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ В ЛАНДШАФТНЫХ СИСТЕМАХ КРАЯ Цинк (Zn) Свинец (Pb) Кадмий (Cd) Кобальт (Со) Никель (Ni) Медь (Cu) Стронций (Sr) Мышьяк (As) Железо (Fe) Хром (Cr) Марганец (Mn) Титан (Ti) Ванадий (V) Ртуть (Hg) Молибден (Mo) Сурьма (Sb) Олово (Sn) Изотопы Неорганические удобрения Глава 4. ПЕСТИЦИДЫ В ЛАНДШАФТАХ КУБАНИ Динамика ДДТ и его метаболитов в ландшафтах Кубани Диоксины Глава 5. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ЛАНДШАФТОВ КУБАНИ НЕФТЕПРОДУКТАМИ И ФЕНОЛАМИ Загрязнение почв и водных систем нефтепродуктами Содержание фенолов и ПАВ в речных системах Кубани Глава 6. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИБРЕЖНЫХ ВОД ЧЕРНОГО МОРЯ Глава 7. ЗАГРЯЗНЕНИЕ АТМОСФЕРЫ Глава 8. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ОБОСТРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ В КРАЕ Глава 9. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ НЕГАТИВНОГО ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ В КРАЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА Приложения Приложение 1 Приложение 2 Приложение 3 Посвящается 10-летию создания научно-исследовательского института прикладной и экспериментальной экологии (НИИ ПЭЭ) Кубанского госагроуниверситета (декабрь 1995 г. – декабрь 2005 г.) ПРЕДИСЛОВИЕ Экологическая ситуация в крае, как и во всей стране, продолжает осложняться, что связано, прежде всего, с не всегда продуманным использованием природных ресур сов – вырубка леса, добыча нефти, газа, строительных материалов, развитие аграрного комплекса и т.д. В совокупности все развиваемые человеком производства вносят опре деленную лепту в давление на окружающую среду: в усиление парникового эффекта, в загрязнение почв, атмосферы, гидросферы, формирование кислотных дождей, уничто жение почвенного покрова и лесных сообществ, в сокращение биоразнообразия и при родных ландшафтных систем и т.д. Причинами усложнения такого положения в крае являются увеличение плотности населения на его территории, не всегда обоснованная застройка прибрежных территорий в бассейнах реки Кубань, Черного и Азовского мо рей;

вырубка лесов у истоков и в устьях притоков реки Кубань и рек Черноморского по бережья и особенно в горных районах;

резкое увеличение количества автотранспортных средств, причем далеко не лучшего качества, а также другие формы воздействия на при роду в регионе. Существенные изменения в системе хозяйственного комплекса в по следние десятилетия способствуют в крае усилению напряжения в функционировании его природных и природно-хозяйственных ландшафтов. Основные исследования по изучению перечисленных выше экологических проблем в крае были выполнены научно исследовательским институтом прикладной и экспериментальной экологии Кубанского госагроуниверситета в период с 1998 по 2005 годы.

Потребительское отношение к природе, особенно фирм, развитие которых бази руется на частном капитале, в сознании людей постепенно изменяется, и в обществе на растает понимание необходимости более бережного отношения к природным комплек сам и того факта, что человек - не господин природы, а один из её биологических ком понентов и судьба человечества полностью зависит от состояния биосферы и её ресур сов, многие из которых ограничены, т.е. вполне исчерпаемы. Сегодня основная задача каждого, кому дорога Родина, делать все, чтобы изменить свое отношение к окружаю щей среде, научиться бережно относиться к природе и к самому себе, к природным ре сурсам, которые составляют экономическую основу существования человека, научиться организации и управлению использованием промышленных отходов и стремиться к снижению загрязнения различных составляющих биосферы. Сохранить биосферу - это значит сохранить жизненное пространство человека и обеспечить его жизненные усло вия. Исходя из этого, экология из научной дисциплины естественного блока становится наукой мировоззрения человека, которая способна объединить предметы разных наук и тем самым определить отношение человека, с одной стороны, к самому себе, а с другой, - к природе.

В нынешнем столетии наблюдается устойчивое повышение температуры поверх ности Земли, загрязнение всех источников поверхностных вод, почвы, прибрежных морских вод, что явилось результатом сверхактивности человека в XX веке и особенно в его второй половине. Принцип потребительства, который был основным с переходом на рыночную экономику, по существу себя уже исчерпал. Современные аспекты природо пользования не только в рамках нашего края, но и во всем государстве должны основы ваться на оптимизации гармоничного взаимодействия человека с природой на основе естественных законов развития биосферы. В этом плане безусловный интерес представ ляет учение о ноосфере, развитое известным советским академиком В.И. Вернадским, где по-новому раскрыты вопросы безопасного взаимодействия человека с окружающей средой, поскольку они связываются с проблемами защиты человека от негативных воз действий чрезвычайных ситуаций как техногенного, так и природного характера.

Состояние окружающей среды и перспектива её развития уже сегодня определя ют необходимость четкой организации мониторинга и системы контроля за природными ландшафтами, формирования базы данных для научного управления использованием её экологических составляющих. Особое значение в комплексе отношений человека и при роды приобретают рассматриваемые в настоящей книге токсикологические проблемы состояния окружающей среды с учетом заметно обостряющегося экологического кризи са.

Во второй части монографии ставится задача проанализировать состояние окру жающей среды в крае, загрязнение её основных составляющих различными токсиканта ми и обосновать количественные критерии оценки фактического уровня загрязнения природных и техногенных ландшафтов в условиях активизации производственно хозяйственной деятельности предприятий разного технического оснащения, с учетом современных требований природопользования и масштабов антропогенного давления на природу, что поможет, надеемся, улучшить экологическую ситуацию и остановить де градацию ландшафтных систем самых разных природно-хозяйственных зон и отдель ных геохимических ландшафтов края.

В основу предлагаемой монографии положены результаты обобщения научной литературы и анализа многолетней деятельности научно-исследовательского института прикладной и экспериментальной экологии Кубанского госагроуниверситета. Среди тех, кто обеспечил выполнение огромного объема работ (экспедиционных, лабораторных, аналитических), необходимо назвать заведующего отделом мониторинга агроланд шафтных систем института, кандидата биологических наук Гукалова В.Н., научных со трудников НИИ Абехтикову О.В., Баранову С.Б., Гайдая А.А., Демченко М.М., Кобец кую О.А., Малиновскую В.И., Масько М.С., Мокшанцеву М.В., Мельник О.А., Понома реву Ю.В., Попову Т.В., Сироткину Т.В., Ткаченко Л.Н., Филобок М.Л., Яценко М.В., старших научных сотрудников Волошину Г.В., Двоеглазова В.Н., Завгороднюю Р.В., Чернявского И.А., Шерстюченко Я.В., Яковлеву О.А., доцентов кафедры общей биоло гии и экологии Корунчикову В.В., Колесникову И.П., Высоцкую И.Ф., Мамась Н.Н., Перебора Е.А., Помазанову Ю.Н., Попок Л.Б., Сергееву А.С. и многих других, исследо вания которых позволили объективно обсуждать конкретные проблемы состояния ок ружающей среды Краснодарского края. Всем выражаю искреннюю признательность и благодарность за помощь в изучении экологии края. Все успехи отношу на их счет, а все недостатки принимаю на себя.

Особую благодарность выражаю ректору нашего Университета, академику Ивану Тимофеевичу Трубилину - инициатору создания НИИ экологии, который оказывает по стоянную помощь (моральную, материальную, техническую) в работе научного эколо гического центра.

Глубокую признательность выражаю Леониду Петровичу Ярмаку и Павлу Алек сандровичу Половинко за ценные советы и консультации по написанию книги, её струк туры, за некоторые фактические материалы и за помощь в её публикации.

Настоящее обобщение является первой работой такого рода и потому, естествен но, не может не иметь недостатков. Все замечания и пожелания, направленные на улуч шение монографии, приму с благодарностью.

И. Белюченко, г. Краснодар, декабрь 2005 г.

ВВЕДЕНИЕ Прежде чем начать анализировать конкретные проблемы загрязнения окру жающей среды в крае, позволю себе некоторое вступление, чтобы читателю легче было представить общую картину развития взаимоотношений человека и природы в историческом плане и постепенную эволюцию этих взаимоотношений в связи с ак тивно совершенствующейся цивилизацией.

По ископаемым находкам установлено, что предки человека появились около 4,5 млн. лет назад, но только 2 млн. лет назад они начали использовать орудия труда.

Близкие к современному человеку предки появились примерно 120-200 тыс. лет на зад в районах Центральной Африки. Формирование Человека разумного (Homo sapi ens) закончилось около 40 тыс. лет до нашей эры в районах современного Ближнего Востока. Во времена эпохи палеолита и мезолита (примерно 10-12 тыс. лет до нашей эры) люди занимались собирательством плодов, рыбной ловлей, охотой и довольно быстро исчерпали запасы своей экологической ниши - еды стало не хватать, насту пил голод и человеческих стоянок в начале неолита (примерно 10 тыс. лет до н.э.) обнаружено примерно в 10 раз меньше, чем во времена палеолита. Такая ситуация обусловила необходимость поиска человеком иных средств существования, что и определило необходимость развития новых технологий получения пищи, таких как земледелие и скотоводство. Этот период (10 тысяч лет до н.э.) известен в литера туре под названием первой технологической (сельскохозяйственной) революции, ко торая сопровождалась уже заметным вторжением человека в природные комплексы.

До начала сельскохозяйственной революции общая площадь лесов в мире со ставляла примерно 62 млн. км2;

в настоящее время их площадь занимает менее млн. км2. Из-за опустынивания и засоления орошаемых земель (примерно 2 тыс. лет до нашей эры) погибла цивилизация шумеров в Нижней Месопотамии, поскольку продолжать земледелие в этих районах уже стало невозможно. Это была первая в мире известная экологическая катастрофа. В последующем катастроф такого уровня было немало, среди которых следует упомянуть гибель Римской Империи. Основной причиной такого исхода для этого государства было истощение земельных ресурсов в Северной Африке, обеспечивавших в изобилии прекрасной продукцией всегда праздную и воинственную Римскую державу.

В 18-ом веке уже новой эры четко обозначилась вторая - технологическая (промышленная) революция в Англии, с наступлением которой резко увеличился объем и изменился характер промышленного производства, что привело человека к созданию и освоению станков, паровых двигателей и позволило перейти от ремес ленного к машинному типу производства. В связи с переходом на промышленную основу Англия получила преимущества перед другими государствами и к середине 19 века производила больше половины мировой промышленной продукции. Про мышленная революция обеспечила развитие производства в капиталистическом ми ре весьма высокими темпами и продолжалась до середины 20-го века, обусловив создание индустриального общества.

После Второй мировой войны уже в 20-м веке наступила новая эра в развитии человечества, когда мощность созданных человеком средств воздействия на среду обитания стала соизмерима с силами природы, а наука была превращена в опреде ляющую силу общественного развития и производства товаров потребления. Третья технологическая (промышленная) революция началась 6 августа 1945 года, когда бы ла взорвана первая атомная бомба над Хиросимой в Японии, положившая начало от счету атомной эры, включая разработку и производство атомного оружия и атомной энергетики, создание электронно-вычислительных машин, персональных компьюте ров и т.д., что стало важной основой развития новых технических производств. На пример, создание квантового генератора лазера (1960 г.) вызвало революцию в об ласти микрохирургии, технологии обработки материалов, полиграфии, военной тех нике, а лазерные принтеры и проигрыватели в современном мире стали обычной бы товой техникой.

Технический прогресс второй половины 20-го века характеризует все виды че ловеческой деятельности и, прежде всего, в области космической техники и электро ники. Размеры современной деятельности человека не сравнимы ни с какими перио дами существования человека. За последнее столетие из недр Земли добыто больше ископаемых, чем за весь предыдущий период, начиная с палеолита. Много добыто железной руды, нефти, природного газа, бокситов, фосфоритов, калийных солей. Се годня на Планете добывается свыше 100 млрд. т различных горных пород, что при мерно равно количеству выбросов вулканических извержений. Землепашество пере мещает земляной массы (ежегодно свыше 4 тыс. м3) в три раза больше, чем масса всех вулканических продуктов, которые поднимаются на поверхность суши за тот же срок, и в 200 раз больше, чем переносится речными системами в моря и океаны. Че ловек забирает на свои нужды около 4 тыс. м3 речного стока, сжигает больше млрд. т условного топлива, использует 22 млрд. т атмосферного кислорода, произво дит свыше 60 млн. т синтетических материалов, до этого не известных в природе, на полях рассеивает свыше 500 млн. т различных пестицидов, из которых до 30 % за держивается в атмосфере и смывается дождями в водоемы.

Можно было бы продолжать перечень производимых человеком веществ в больших и в особо крупных масштабах, которые по тем или иным каналам поступа ют в окружающую среду. Например, загрязнение морей и океанов нефтепродуктами в год составляет свыше 10 млн. т, что существенно превышает объем поступлений таких веществ через естественные разломы и литосферные трещины. Человеком ос воено в настоящее время 60 % суши, под застройку занято 300 млн. га. Человек спо собен сегодня регулировать гидрологию на значительных территориях, изменять климат, ландшафты, растительный и почвенный покров, хотя пока еще на относи тельно небольших территориях.

Человеческая цивилизация располагает сегодня энергией в количестве кВт, влияющей заметно на многие процессы, происходящие в атмосфере, в океане и на поверхности Земли. То, что природа копила геологическими периодами, сегодня человечество перерабатывает за десятилетия, и технический прогресс с нарастаю щими темпами расширяется и увеличивается и объективно нет никаких признаков его замедления. Тем не менее, имеется существенный разрыв между сельским хозяй ством и промышленным производством, который за последние 50 лет возрос при мерно в 8 раз, а производство зерновых - менее чем в 2,5 раза при увеличении числа населения в 2 раза. Повысилась калорийность питания людей, возросла продолжи тельность жизни в развивающихся странах, поднялся уровень образования населе ния. Наряду с этим, сегодня в мире более 1 млрд. голодных при общем значительном увеличении количества съедаемой пищи в среднем на одного человека.

Человек никогда не имел столько услуг, сколько имеет сегодня, не имел и столько жилья, но эти блага в мире распределены неравномерно: в странах «семер ки», где сегодня живет 15 % населения мира, используется свыше 50 % энергии, % деловой древесины, производится свыше 80 % наиболее опасных отходов.

Важнейшей чертой технологической революции конца 20-го и начала 21-го веков является резкое нарастание запоминаемой, обрабатываемой и передаваемой информации, чему благоприятствует создание специализированных мощных машин, банков данных, систем связей (спутниковых, кабельных, волоконно-оптических).

Создание телекоммуникационных систем и информационных сетей, включая и Ин тернет, обусловило объективное формирование нового общества - информационно го, которое обозначило новый этап в развитии современной цивилизации в начале 70-х годов 20-го века. Современный мир немыслим без компьютеров, радио, телефо нов, телевизоров, магнитофонов и т.д. Можно надеяться, что новые информацион ные технологии внесут кардинальные изменения не только в наш образ жизни, но и, естественно, в наши новые отношения с окружающей средой.

Последние 10-15 лет следует оценивать как переход развития третьей тех нологической революции в новую фазу – в фазу высоких технологий, связанную со снижением энергоемкости и материалоемкости практически всех производств.

Важным признаком этой фазы технической революции является развитие гибких, высокоточных производств на компьютерной основе и т.д. Однако наряду с больши ми благами, которые дает современное технологическое производство, возрастают и источники смертельной опасности для самого человека, а также для растительного и животного мира.

Создание вычислительной техники обеспечило возможность анализа сложных для всего человечества проблем. В настоящее время развивается новое направление в науке - глобалистика, изучающая общепланетарные проблемы. В науке разраба тывается направление прогнозирования последствий ядерной зимы, возможность которой неизбежна при развязывании даже ограниченной ядерной войны. За основу берутся разработки профессора П. Крутцена (институт Макса Планка в Германии), показавшего, что большие концентрации энергии при доступе кислорода обусловли вают самоподдерживающиеся пожары, в которых горит все, включая металл и желе зобетон. Такие пожары получили в науке название «огненных торнадо», которые способны вызываться оружием даже не очень мощным, чем атомное в Хиросиме и Нагасаки. Например, Воронеж, Сталинград, Ленинград и другие города, которые подвергались варварским бомбардировкам в период Второй мировой войны, первы ми попали в такое огненное торнадо. В центре Сталинграда температура в пожарах доходила до сотен градусов. Сталинград был окутан дымом, державшимся над горо дом сутками. Еще более мощное торнадо огня образовалось в Хиросиме и Нагасаки, куда были сброшены первые американские атомные бомбы.

Проведенные многими учеными расчеты в различных странах мира показы вают, что огненные торнадо являются реальными спутниками ядерных взрывов.

Поднимаемая над городом сажа, которая по своей структуре плотнее, чем пыль, практически не проницаема для солнечных лучей. Такая ситуация приведет к гибели животных, растений, микроорганизмов на суше и, по всей видимости, в океане, а ос тавшиеся в живых после пожара люди будут умирать от голода, радиации и эпиде мий, страдать от массовых психических расстройств, генетических изменений, и им останется отравленная радиоактивными остатками природа, куда будет поступать губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение, а в перспективе - прак тически полная гибель человечества и всей биосферы. Иными словами, масштабы влияния человека на природу в результате третьей технологической революции ста ли чрезвычайно большими, совершенно не учитывающими потенциальные возмож ности устойчивости биосферы, что может оказаться весьма опасным на определен ном этапе существования жизни на нашей планете.

Однако надежда умирает последней, потому что, начиная с 60-х годов про шлого столетия, многие лидеры нашей планеты, многие специалисты в различных областях науки, общество и простые люди стали задумываться над глобальными проблемами своего бытия, которые возникли перед человечеством, и стали искать пути их решения. Среди пионеров борьбы за оздоровление окружающей среды на нашей планете следует назвать имя выдающегося советского ученого, академика, создателя атомной бомбы в СССР Игоря Васильевича Курчатова, первым поднявше го голос за прекращение ядерных испытаний, за использование атомной энергии в мирных целях, за развитие благоприятных взаимоотношений природы и человека.

В блоке общих проблем функционирования человеческого общества на Земле весьма ясно выступают такие, как загрязнение окружающей среды тяжелыми метал лами, пестицидами, углеводородами, радиоактивными веществами, влияющими весьма негативно в большинстве случаев на биологические системы.

Остановимся на анализе особенностей давления на окружающую среду от дельных поллютантов, содержащихся в сбросах и выбросах различного производства и поступающих в природные объекты, и на роли человека и его возможностях в снижении разрушения ландшафтных систем в различных природно-хозяйственных зонах Краснодарского края, а также на тех мероприятиях, которые в случае их под держки материальными и финансовыми средствами, обеспечат стабильность разви тия благоприятных для человека природных процессов.

Глава 1. ВЛИЯНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ НА ЛАНДШАФТНЫЕ СИСТЕМЫ В РАБОТАХ РОССИЙСКИХ И ЗАРУБЕЖНЫХ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ Всесторонний анализ окружающей среды является важнейшей оценкой эколо гического резерва биосферы и её потенциальных возможностей к самовосстановле нию и самоочищению и потому представляется весьма необходимым для оптимиза ции взаимоотношений человека и природы с учетом различных форм его воздейст вия на природные и техногенные системы и для изучения специфики таких воздей ствий (Израиль, 1984). Особое значение и чрезвычайную актуальность имеют токси кологические исследования состояния окружающей среды (Сузуки, 1977).

Важной проблемой современных исследований в области общей экологии яв ляется определение порога эффекта токсикологического воздействия в системах ток сикант – окружающая среда – живой организм, включая и человека, и установление зависимости между дозой токсиканта и ответной реакцией системы. Последнее по служило основой для развития нового направления в экологии – экотоксикологии, формирующейся на фундаментальных основах экологической, бионеорганической и токсикологической химии. Значимость экотоксикологии определяется оценкой со временных представлений о токсичности и канцерогенности химических элементов и их соединений, к которым относятся многие тяжелые металлы, пестициды, углево дороды, радионуклиды, исследованием специфических биогеохимических особенно стей поведения токсикантов в окружающей среде, особенностей их метаболизма и распространения, локализацией канцерогенных ионов, определением порогового токсикологического эффекта и т.д.

В рамках изучения экотоксикологии предусматривается решение достаточно сложных прикладных задач по количественной оценке порогового эффекта токсико логического воздействия в системах токсикант–живой организм (Санодский, 1975) с использованием формулы Dr = Do- (De+Dm), где Dr – доза вредного вещества, дос тигшая рецептора;

Do – доза вредного вещества, введенного в организм;

De – доза вредного вещества, выделенного из организма;

Dm - доза вредного вещества, обез вреженного в процессе продвижения яда к рецепторам. Эффект токсикологического порога определяет безопасность человека и других организмов при условии загряз нения окружающей среды ниже установленного уровня, который на живые организ мы не оказывает пагубного воздействия. Среди неорганических токсикантов особое место занимают тяжелые металлы, особенно их подвижные формы, их поведение в различных типах почв, донных отложениях, в различных водах и в живых организ мах - растениях и животных. Рассмотрим происхождение и определим основные ис точники их распространения в биосфере.

Источники тяжелых металлов. Весьма важным поставщиком тяжелых металлов в почву и водные системы являются минеральные и органические удобре ния. Набор тяжелых металлов и их количество в удобрениях (прежде всего в фос форных) зависят от природного сырья, используемого для производства продукции, его состава, определяемого геологическим происхождением и географическим по ложением месторождений. Например, в фосфатном сырье содержатся кадмий, сви нец и много других элементов. Содержание тяжелых металлов в разных формах фосфорных удобрений весьма сильно варьирует - от минимальных количеств (не сколько мг/кг) до 100 мг/кг (Минеев и др., 1982). Хотя в целом содержание тяжелых металлов в фосфорных удобрениях относительно невысокое, но их широкое приме нение под сельскохозяйственные культуры, имеющие большое хозяйственное значе ние, приводит нередко к значительному их накоплению в почвах (Минеев, 1994).

Иными словами, источником поступления ряда тяжелых металлов (Mn, Pb, Cd, Cu, Ni) являются в основном промышленные удобрения.

В качестве источника загрязнения почв, атмосферы, водных и биологических систем тяжелыми металлами (включая и свинец) фосфорные удобрения обсуждают ся во многих научных работах. Например, В.Г. Минеев (1990) и Б.А. Ягодин и др.

(1991) подчеркивают, что фосфорные удобрения (добыча сырья и производство раз личных видов удобрений) заметно загрязняют окружающую среду тяжелыми метал лами. В работе А.И. Баева и др. (1988) указывается на увеличение концентрации ме ди, цинка и свинца в растительных организмах в зоне Сумгаитского суперфосфатно го завода (Азербайджан). В работах Ю.А. Потатуевой с соавторами (1994) и в ряде сообщений других авторов, наоборот, ставится под сомнение реальность загрязнения почв тяжелыми металлами после длительного внесения в почву фосфорных удобре ний.

Некоторые исследователи показывают, что потенциальная возможность кон центрации в почве тяжелых металлов при внесении удобрений маловероятна (Мине ев, 1990;

Потатуева и др., 1994;

Овчаренко, 1995;

Ладонин, 1995;

Шафронов и др., 1997). Поскольку удобрения повышают урожай, то они благоприятствуют и выносу из почвы тяжелых металлов, многие из которых являются важными микроэлемента ми, благоприятствующими режиму питания растений (Каталымов, 1965;

Потатуева и др., 1984).

В основном исследуется влияние удобрений на тяжелые металлы в кратко срочном опыте по миграции подвижных форм в пахотном горизонте и почти не изу чено распределение тяжелых металлов в подпахотном горизонте и при длительном применении удобрений. Подвижность большинства тяжелых металлов усиливается за счет подкисления почвы, с одной стороны, а с другой - снижается за счет образо вания разной степени устойчивости комплексов тяжелых металлов с гуминовыми и фульвокислотами (Овчаренко, 1997).

Определенное количество многих металлов привносится в почву с навозом (Минеев, 1990;

Попова, 1991). Кроме того, удобрения изменяют химические и физи ческие свойства почвы, оказывают влияние на подвижность металлов и их миграцию в почвенном растворе по профилю. Например, вызываемое многими минеральными удобрениями подкисление почвы мобилизует тяжелые металлы, а при внесении ор ганических удобрений, наоборот, происходит их иммобилизация.

Исследованиями А.Н. Парасюты и др. (2000) при многолетнем применении удобрений на выщелоченном черноземе опытного поля Краснодарского НИИСХ ус тановлено, что внесение органических и минеральных удобрений не оказало сущест венного влияния на накопление большинства тяжелых металлов. Из изученных семи элементов (Pb, Сu, Mn, Ni, Zn, Со, Сг) при внесении удобрений только подвижные формы свинца заметно повышались до уровня ПДК. Валовое содержание и подвиж ные формы остальных тяжелых металлов находились ниже уровня ПДК.

Основные проблемы взаимодействия тяжелых металлов с различными процес сами, происходящими в почве, в растениях и в организмах животных, с учетом спе цифики поведения этого элемента в конкретных условиях изучались в нашей стране и за рубежом, о чем опубликовано значительное количество научных материалов.

Однако в большинстве случаев эти исследования касаются конкретных вопросов в определенных районах при краткосрочной продолжительности исследований, по ре зультатам которых объективно судить о динамике тяжелых металлов и их участии в различных блоках ландшафта достаточно трудно. Именно это обстоятельство и обу словливает необходимость комплексного изучения особенностей тяжелых металлов, анализ их динамики в течение ряда лет на постоянном полигоне, в первую очередь в районах интенсивного земледелия и животноводства.

Накопление в почвах тяжелых металлов наблюдается не только в индустри альных районах, но и в почвах сельскохозяйственного использования (Кабата Пендиас, Пендиас, 1989;

Greter-Domergue, 1989;

Ильин, 1991;

Черных, 1995;

Шеуд жен, 2003). Применяемые в земледелии средства химизации (минеральные и органи ческие удобрения, нетрадиционные виды удобрений, навоз, известь) являются ис точниками дополнительного поступления в почву тяжелых металлов (Потатуева и др., 2001). Для кадмия характерен весьма высокий уровень подвижности (Бреус, Садриева, 1997;

Волошин, 1997;

Гришина, Иванова, 1997;

Овчаренко, 1997). Тяже лые металлы, концентрируются обычно в верхнем слое почвы (2-5 см) и подразде ляются на валовые и подвижные формы. Например, концентрация кадмия в почвен ных растворах находится в пределах 0,2-6 мкг/л. В условиях промывного режима кадмий мигрирует в почве с инфильтрационными водами в нижние горизонты, хотя наибольшее его содержание приурочено к верхнему пахотному слою почвы. Наибо лее сильное антропогенное загрязнение тяжелыми металлами характерно для поч венного слоя 80-100 см и достигало 2-3 мг/кг (Овчаренко, 1997).

Подвижность тяжелых металлов в почве и их поступление в растения весьма варьируют и зависят от многих факторов: вида растений, почвенных и климатиче ских условий, физических и химических свойств элементов и т.д. К почвенным фак торам относятся: гранулометрический состав, содержание гумуса, реакция среды, емкость катионного обмена, содержание подвижных соединений фосфора, дрениро ванность и др. Поглотительная способность почв обусловлена наличием в них мел кодисперсной фракции различных минералов, органического вещества, минеральных и органических кислот, тяжелых металлов и подразделяется на физическую, химиче скую, биологическую и физико-химическую.

Физическая поглотительная способность почв связана с размером частиц ми неральной фракции и повышается с уменьшением их размера, т.к. это способствует увеличению их суммарной поверхности и адсорбирующей способности. Такой спо собностью обладают частицы вермикулита, монтмориллонита (глинистые минералы со слоистой структурой), для которых свойственно поглощение уравновешивающих катионов, но такой особенностью не обладают измельченные частицы некоторых других минералов (например, кварца) емкость поглощения которого очень низкая.

Глинистые или тяжелосуглинистые почвы, содержащие монтмориллонит, вермику лит и подобные им минералы, характеризуются высокой поглотительной способно стью многих элементов, включая и тяжелые металлы. Емкость катионного обмена различных глин в расчете на 100 г колеблется от 3 до 15 мг-экв. для каолинита, от до 40 мг-экв. - для иллита и хлорита, от 80 до 150 мг-экв. - для монтмориллонита, а для вермикулита - от 100 до 150 мг-экв. (Алексеев, 1987). Поэтому почвы, имеющие одинаковый механический состав, существенно различаются емкостью катионного обмена. Так, глинистые почвы, минералогический состав которых представлен пре имущественно каолинитом, обладают практически такой же поглотительной способ ностью, как супесчаные и песчаные почвы.

Почвенные минеральные и органические коллоиды несут преимущественно от рицательный заряд и обладают выраженными способностями поглощать катионы (положительно заряженные ионы тяжелых металлов). Некристаллические глинистые минералы, такие как аллофон, цеолит и др., могут фиксировать и адсорбировать как катионы, так и анионы. Сорбция тяжелых металлов минералами уменьшается с уве личением кислотности почвы. Для уменьшения подвижности и фитотоксичности ме таллов в почвах, имеющих небольшую емкость катионного обмена, необходимо про водить их «глинование» - улучшение глинами, содержащими монтмориллонит или вермикулит. Например, кадмию свойственны крупные ионы, поэтому они неэффек тивно поглощаются глинами, но могут удерживаться органическим веществом;

это указывает на то, что разные по гранулометрии почвы неодинаково поглощают и удерживают различные тяжелые металлы.

Реакция среды в почве является важнейшим фактором, определяющим токсич ность тяжелых металлов и их вероятное накопление в растительной продукции (Dijkshoorn, 1983;

Pelzer, 1987;

Овчаренко, 1997). Основным методом снижения под вижности тяжелых металлов посредством образования гидроокисей и карбонатов яв ляется повышение показателя pH почвы путем известкования, хотя этот метод эф фективен не для всех почв и растений (Графская, Величко, 1998;

Овчаренко 1998;

Шильников и др., 1998). В кислых почвах подвижность соединений тяжелых метал лов в значительной степени может контролироваться органическим веществом и по луторными окислами.

Наряду с уровнем содержания в почве тяжелых металлов и различными свойст вами самих почв, сильное влияние на загрязнение растительной продукции оказыва ет влияние состав и соотношение элементов-загрязнителей. Например, кадмий уси ливает негативное воздействие свинца и ослабляет положительную функцию цинка (Гукалов, 2002). В кислых почвах (неокультуренных и слабоокультуренных) под вижных соединений кадмия больше. Мобильность кадмия повышается при его вне сении с другими тяжелыми металлами, например, с цинком и свинцом (Каплунова, 1983).

Транслокация тяжелых металлов в почвах и формы их водной миграции во мно гом зависят от вида и концентрации ионов, которые способны формировать с тяже лыми металлами различные по растворимости ионные и комплексные соединения (Мур, Рамамурти, 1987;

Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;

Ильин, 1991). О характере связи тяжелых металлов с неорганическими ионами имеется сравнительно мало све дений. По одним данным, доля комплексов кадмия c NO3-, Cl- и SO42- в почвенных растворах может быть незначительной, а по другим - из неорганических лигандов тяжелые металлы связываются именно с Cl-. Есть мнение, что хлориды играют более важную роль в распределении тяжелых металлов в почвенных растворах (Мур, Ра мамурти, 1987;

Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Обычно комплексные соединения металлов непрочны и легко разрушаются в почве под действием различных факто ров, среди которых не последнее место занимает микробиологическая деятельность.

Стабильность комплексных соединений металлов уменьшается в следующей после довательности: Hg2+Cu2+Ni2+Pb2+Co2+Zn2+Cd2+Fe2+Mn2+Mg2+Ca2+ (Алек сеев, 1987).

Из других агрономических средств наибольшее влияние на иммобилизацию и использование загрязнителей растениями оказывают известкование и внесение наво за. Минеральные и органические удобрения влияют на физико-химические свойства почвы, на содержание в ней органического вещества, на её гранулометрический и минералогический состав, а также на микробиологическую активность. Эти и другие особенности удобрений, особенно органических, указывают на необходимость ис пользования их для регулирования и повышения устойчивости почв к загрязнению тяжелыми металлами и получения качественной сельскохозяйственной продукции (Ильин, 1991;

Бингам и др., 1993;

Минеев и др., 1993).

Внесение в загрязненную свинцом и кадмием почву навоза снижает подвиж ность этих элементов в почве и уменьшает их поступление в растения. Из всех меро приятий по снижению поступления свинца и кадмия в растения достаточно эффек тивным является внесение навоза при норме более 40 т/га. На кислых почвах предго рий края определенный эффект будет давать внесение навоза и извести совместно.

В состав минеральных удобрений тяжелые металлы попадают вместе с сырь ем, или их поступление связано с устаревшими технологиями производства. Фос форные удобрения из отечественного сырья содержат небольшое количество тяже лых металлов и токсичных элементов (Карпова, Потатуева, 1990;

Ягодин и др., 1991;

Потатуева и др., 1994). Попадая в почву, часть тяжелых металлов в силу определен ной буферности почв инактивируется. Однако основная часть загрязнителей остается активной и потребляется растениями. Установлено, что буферность почв ограничена и потому изучение поведения тяжелых металлов при длительном внесении удобре ний представляет большой научный и практический интерес (Носовская и др., 2001).

Многие тяжелые металлы в микроколичествах являются важными элементами, спо собными повышать качество и количество продукции сельскохозяйственных куль тур.

Вторым важным источником поступления в природные системы тяжелых металлов являются сточные воды. На подвижность тяжелых металлов в почвах ока зывают определенное влияние осадки сточных вод (Салама, Абузид, 1997). Установ лено, что подвижность тяжелых металлов при внесении органических удобрений в незагрязненных почвах практически не меняется. В тех почвах, которые загрязнены осадками сточных вод, органические удобрения снижают количество подвижных форм отдельных элементов. Весьма заметное влияние оказывает торф. Органические удобрения заметно снижают поступление в растения таких металлов, как свинец, кадмий, медь, марганец.

Нецелесообразность использования осадка сточных вод в качестве органиче ского удобрения доказано в опытах, выполненных институтом фундаментальных проблем биологии РАН в городе Пущино (Сухопарова и др., 1999). Использование осадка сточных вод заметно повышает накопление тяжелых металлов (Ni, Cr, Pb, Cd, Fe, Zn) в растениях капусты и моркови. Опыты без озоления растений на содержание тяжелых металлов (Cd, Pb, Сu, Ni, Cr, Mo) электрометрическим атомно абсорбционным методом с графитовой печью дают возможность существенно уде шевить и ускорить анализ суспендированного растительного материала (Кахнович, 1998).

Внесение осадков сточных вод на черноземе выщелоченном приводит к не одинаковому изменению содержания в почве подвижных форм Pb, Zn, Cd, Сu, Ni, Fe и Сr, что определяется в основном различиями физико-химических свойств почв и их взаимодействием с осадками сточных вод. В черноземах концентрация подвиж ных форм тяжелых металлов была наиболее высокой. Их геохимический фон был ниже, что связано с ускорением разложения органики стоков стабилизированными минеральными коагулянтами. При использовании сточных осадков в качестве мине ральных удобрений в условиях слабого подщелачивания в черноземных почвах свя зываются Cd, Zn, Сu и Мn (Касатиков и др., 1999).

Положительное влияние органических удобрений и известкования на сниже ние подвижности тяжелых металлов в почвах и их поступление в растения отмечено многими авторами (Гомонова, 1994;

Лебедева и др., 1994;

Ладонин, 1995). Установ лено, что многолетнее внесение удобрений на дерново-подзолистых супесчаных почвах Новгородской области (Ефимов и др., 2001) не оказало особого влияния на содержание свинца, меди, цинка и кадмия в почвах, хотя и способствовало мобили зации подвижных форм цинка, что указывает на высокую способность этого элемен та к миграции. В полевых исследованиях во Владимирской области (Бердяева и др., 2001) установлено, что при длительном применении осадков сточных вод на дерно во-подзолистой супесчаной почве в ней изменялись содержание органики и уровень загрязнения почвенно-поглощающего комплекса свинцом, медью и кадмием.

Безусловным поставщиком тяжелых металлов из промышленных центров в другие районы являются трансграничные переносы. Поступление тяжелых металлов из атмосферы в результате трансграничных переносов весьма существенное и в зна чительной степени определяется силой ветровых потоков, близостью источников промышленных отходов, богатых тяжелыми металлами и т.д. В силу специфичности циркуляции атмосферных потоков на территорию нашего края поступает значитель ное количество тяжелых металлов и других загрязнителей, выбрасываемых произ водствами Украины, Ростовской, Волгоградской и Воронежской областей и Ставро польского края. По нашим расчетам, выбросы краевых производств, достигающие через трансграничный перенос других территорий, составляют около 25 % (осталь ные 75 % оседают на территории края). Кроме того, от 50 до 75 % выбросов химиче ских и металлургических производств из соседних территорий достигают нашего края. Относительно защищенной от трансграничных загрязнений является черно морская рекреационная зона;

она защищена горами и огромными лесными массива ми. Тем не менее, определенных данных по трансграничному переносу конкретных загрязнителей на территорию края, к сожалению, привести пока не можем.

На большие территории свои отходы выбрасывают предприятия промыш ленного производства. Наиболее активно тяжелыми металлами загрязняются почвы вблизи крупных промышленных предприятий, производящих обычно значительные техногенные выбросы. Изучение характера загрязнения почв и выращиваемой про дукции важно при культивировании растений вблизи промышленных предприятий.

Особенно это касается овощных и садовых культур. По оценкам влияния завода «Аккумулятор» в городе Курске на окружающую территорию установлено, что в ат мосферу в течение 15-16 лет было выброшено 4100 т свинца, 1200 т никеля, 300 т кадмия. Территория завода составляет 7 га, высота источника выброса - 10 метров. В 1994 году полуколичественными методами с сеткой 500х500 м выполнено обследо вание прилегающих территорий (Приваленко, Попонин, 1994). Выявлены факты за грязнения почвенного покрова свинцом, цинком, никелем и кадмием. В 1999 г. изу чены уровни подвижности тяжелых металлов и основные факторы, влияющие на их подвижность, выполнен анализ и сопоставлены уровни загрязнения растительной продукции с уровнем загрязнения почв валовой и подвижной формами тяжелых ме таллов и состоянием почвенного поглощающего комплекса. Отмечено сильное за грязнение почв и растительности свинцом и кадмием и в меньшей степени никелем на расстоянии до 1000 м от границы завода.

По мере удаления от производства уровни загрязнения почв тяжелыми метал лами снижаются. До 0,5 км от производства значение уровней загрязнений значи тельно повышено. Большие количества тяжелых металлов в почве (валовые формы) повышают их подвижность. В почвах накопилось более 35 % выпавшего никеля, бо лее 25 % свинца, более 5 % кадмия. Загрязнение почвы свинцом и кадмием доходит до глубины 1 м при высоких и средних уровнях их накопления в верхнем слое, а ни келем и цинком - до 1 м только при высоком уровне их содержания. Установлено также, что сельскохозяйственные культуры заметно различаются по выносу тяжелых металлов со своим урожаем (Жидеева и др., 2000).

Влияние промышленных предприятий на загрязнение почв тяжелыми метал лами показано на примере зоны локальных выбросов Иркутского алюминиевого за вода (Помазкина, Лубнина, 2002). Чем ближе участки к источникам загрязнения, тем выше в почвах и в растениях уровень содержания тяжелых металлов.

Техногенное загрязнение почв и огородных культур основательно изучено в правобережной части города Новосибирска. Основными загрязнителями явились ни кель, хром, стронций, цинк, медь, ванадий, молибден, мышьяк. Наибольшее количе ство загрязнителей в растениях отмечено в корнеплодах свеклы и моркови, меньше – в клубнях картофеля (Ильин и др., 2000).

Большое влияние выбросов производства на загрязнение почв, прилегающих к Белореченскому химическому заводу, отмечает Е.И. Муравьев (2004, 2005). Им ус тановлено, что распространение тяжелых металлов в зоне влияния завода определя ется:

– атомной массой отдельных элементов;

– химической активностью элементов и их способностью вступать в реакции окисления;

– розой ветров;

– геоморфологией территории;

– наличием вблизи предприятия водных источников.

Для выяснения местных загрязнителей в промышленных городах рекоменду ется проведение рекогносцировочных исследований почвенного покрова с учетом природного фона, качества сельскохозяйственных культур, выращиваемых в преде лах города, с учетом буферной устойчивости почв к тяжелым металлам и защитной способности растений различных видов и сортов (Ильин,1997).

Накопление тяжелых металлов в почве является важным показателем, харак теризующим состояние почвы как основного субстрата обитания растений суши и многих животных, особенно беспозвоночных, и уровни её загрязнения отдельными химическими элементами. Важными источниками поступления тяжелых металлов в почвы агроландшафтов являются: 1) сельскохозяйственное производство, широко использующее минеральные удобрения, содержащие этот элемент в качестве сопут ствующего, 2) газовые выбросы двигателей внутреннего сгорания, 3) трансгранич ные переносы, 4) сжигание стерни, сорной растительности, мусора и различных от ходов. Тяжелые металлы активно концентрируются в почвенном горизонте (прежде всего в верхних гумусовых слоях), откуда они медленно вымываются, но весьма ак тивно поглощаются корнями практически всех видов растений.

Многие тяжелые металлы, особенно в высоких концентрациях, отличаются высокой токсичностью и поскольку накапливаются в почве и растительных организ мах в значительных количествах, то непрерывно по пищевым сетям поступают и в организм человека. В низких концентрациях многие элементы не оказывают четко выраженного негативного воздействия на жизнедеятельность растений, животных и человека;

при резком повышении их концентрации они становятся высокотоксичны ми для живых организмов. Необходимость для живых организмов таких элементов, как свинец, ртуть, кадмий и некоторых других, не установлена, и они считаются наиболее токсичными, особенно для животных и человека (Белюченко и др., 2002).

Тяжелые металлы различаются периодами полураспада (например, для цинка он колеблется от 70 до 510, для кадмия - от 13 до 105, для свинца - от 740 до 5900, для меди - от 350 до 1500 лет). Нормирование содержания тяжелых металлов опира ется на наблюдения за их накоплением в ландшафтах и состоянием живых организ мов в естественных условиях. Знание потоков тяжелых металлов в различных ланд шафтах позволяет нормировать выбросы различных производств и регулировать эти потоки с учетом конкретных условий природной среды района, чтобы уровни со держания отдельных элементов и соединений неприродного происхождения находи лись в почвах и природной воде в концентрациях, не способных вызывать гибель ор ганизмов (Белюченко и др., 2002).

Поддержание низкого уровня предельно допустимых выбросов предполагает выполнение определенных мероприятий по снижению выбросов на старых предпри ятиях и освоение менее опасных технологий на новых. Основу природоохранных мероприятий составляет определение содержания тяжелых металлов в основном в почве и реже - в воде, в воздухе и продуктах питания. В таких разработках большое значение имеют суточные нормы потребления организмами токсичных веществ с пищей, водой и воздухом.

Учитывая, что содержание тяжелых металлов в растениях коррелирует с их содержанием в почве, необходимо определять количества этих элементов именно в почве, что позволит конкретнее влиять на передвижение токсикантов по цепям пита ния, вплоть до человека. В нашем случае большое значение имеет установление уровней загрязнения почв как подвижными, так и валовыми формами тяжелых ме таллов: подвижные формы определяют давление на живые организмы в настоящее время, а валовые формы являются постоянным источником пополнения подвижных форм в ближайшей перспективе.


Для лучшего представления связей подвижной формы тяжелых металлов с ко личеством их валовой формы, гумусом, оксидами железа и марганца, окислительно восстановительным потенциалом и кислотно-щелочными условиями практикуется построение статистических моделей. Четкой связи между валовой и подвижной формами у свинца не выявлено (Горбатов, 1989;

Глазовская, 1997;

Кошелева и др., 2002). Поведение тяжелых металлов в определенной степени зависит от массы орга нического вещества;

их подвижность в щелочной среде снижается, и в восстанови тельной среде многие тяжелые металлы менее подвижны, чем в окислительной.

Содержание как подвижных, так и валовых форм тяжелых металлов достаточ но широко варьирует в различных почвах и зависит от рельефа, влажности почвы и т.д. Достаточно высокое содержание тяжелых металлов отмечено в почвах урбани зированных территорий (Белюченко и др., 2002).

Большое внимание в настоящее время уделяется разработке и совершенство ванию методов определения тяжелых металлов. Например, рентгенофлуоресцентное определение тяжелых металлов проводится с использованием малогабаритного рент геновского спектрометра "Спектроскан" (Пуховский, 1997), который хорошо заре комендовал себя для почв с низким содержанием элементов.

Определенный интерес представляет динамика тяжелых металлов по профилю почв. Постоянное поступление в почву тяжелых металлов ведет к накоплению ток сичных элементов как в верхнем слое почвы, так и в растительной продукции, ин фильтрационных водах, а также в различных почвенных горизонтах. С инфильтра ционной водой тяжелые металлы мигрируют в форме различных соединений. По данным П.В. Елпатьевского и Т.Н. Луценко (1990), доля свободных ионов ряда тя желых металлов колеблется от 5 до 90 % концентрации этих элементов в верхнем слое почв. Балансовый анализ показал, что вынос тяжелых металлов из почвы с внутрипочвенным стоком был значительно ниже, чем их вынос с урожаем сельско хозяйственных культур (Обухов, Попова, 1992).

Изучение миграции тяжелых металлов из корнеобитаемого слоя дерново подзолистых пахотных почв показало, что в эксперименте меньше всего колебалось содержание свинца в инфильтрационных водах: в первый год опыта оно варьировало от 0,03 до 0,05 мг/дм3 и сохранялось таким же в течение следующих двух лет. На четвертый год содержание свинца в инфильтрационных водах снизилось до 0, мг/дм3. Общие потери свинца за четыре года исследований составили около 0,3 % от внесенной дозы, что указывает на очень медленный процесс естественного очище ния почвы от этого металла.

Загрязнение почв тяжелыми металлами, особенно свинцом, цинком, медью и кадмием, обнаружено не только в индустриальных районах, но и на сельскохозяйст венных полях, удаленных от промышленных центров (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;

Ильин, 1991;

Черных, 1995;

Шеуджен, 2003). Загрязнение почв тяжелыми ме таллами благоприятствует загрязнению ими же поверхностных и подземных вод.

Хотя основная масса тяжелых металлов концентрируется в пахотном слое, но часть их мигрирует со стоком почвенной влаги и формирует вторичные техногенные ак кумуляции (Bohmer, 1989).

Различие в степени водной миграции тяжелых металлов определяется типом почв, химией металлов, формой их содержания в почве и продуктивностью сельско хозяйственных культур (Бреус, Садриева, 1997). Для каждого конкретного объекта характерны свои концентрации и своя интенсивность рассеивания отдельных видов тяжелых металлов. Обращает на себя внимание тенденция увеличения их концен трации в урболандшафтах.

Поведение тяжелых металлов в почвах определяется его концентрацией и формой. Механизмы процессов, которые сопровождают изменения форм тяжелых металлов в почвах, очень разнообразны, и определение металлов по формам весьма сложное, поэтому в основном исследователи ограничиваются определением общего содержания элементов в почвах (Переломов, Пинский, 2003). Тем не менее, при ана лизе содержания тяжелых металлов в почвах имеет смысл говорить об их потенци альном и актуальном загрязнении. Потенциальное загрязнение определяется атмо сферным переносом, приводящим к постепенному накоплению тяжелых металлов и увеличению региональных фонов. Актуальное загрязнение имеет локализованный характер, определяемый точечным источником тяжелых металлов (Золотарева, 2003).

Влияние тяжелых металлов на свойства почвы. При поступлении больших количеств тяжелых металлов в почву её биологические, химические и физические свойства заметно меняются, что ведет к снижению почвенного плодородия. Тяжелые металлы прямо воздействуют на почвенные организмы и, поступая в них, нарушают обмен веществ, снижают их продуктивность и качество продукции. О влиянии тяже лых металлов на свойства почв проведено немало исследований. Некоторые авторы указывают на снижение биологической активности почв при загрязнении тяжелыми металлами (Бабьева и др., 1980;

Паникова, Перцовская, 1982), а другие, наоборот, отмечают нарастание численности отдельных групп микроорганизмов, а также по вышение ферментативной активности почв (Кобзев, 1980;

Булавко, 1982).

С изменением биологических свойств почв, как правило, усиливается их фи тотоксичность (Звягинцев, 1978). Влияние отдельных тяжелых металлов в малых ко личествах (на уровне микроэлементов) исследуется в литературе давно и широко (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Тем не менее, работ, посвященных изучению влияния больших количеств тяжелых металлов на свойства почвы (до 10 ПДК и бо лее), к сожалению, очень мало.

Мало исследований посвящено влиянию на почвы и растения одновременного воздействия тяжелых металлов при их комплексном внесении. В понятие токсично сти почвы вкладывается определение показателей снижения роста растений на ис следуемой почве по сравнению с контролем;

это связано с накоплением в почве вредных химических веществ (сложные органические соединения, образуемые мик рофлорой, - фитотоксины или простые неорганические вещества, включая тяжелые металлы). В качестве тест-объекта могут быть использованы различные живые орга низмы. Например, большое практическое значение имеет изучение влияния разных доз тяжелых металлов на токсичность чернозема обыкновенного по отношению к озимой пшенице в силу ее широкого сельскохозяйственного использования.

При проведении исследований в ОПХ «Газырское» (Выселковский район, Краснодарский край) в качестве загрязнителя использовали свинец, медь, ртуть, кадмий, цинк в лабораторном модельном опыте на черноземе обыкновенном (Валь ков и др., 1997). Установлено, что влияние тяжелых металлов на характер прораста ния семян и рост проростков озимой пшеницы зависит от доз, природы металла, его содержания в почве и продолжительности воздействия. Установлено также, что чер нозем обыкновенный при высокой емкости ППК, нейтральности среды и высоком содержании гумуса переводит металлы в неподвижные и нетоксичные для растений формы и потому даже при больших дозах загрязнения они зачастую не оказывают вредного действия и в растениях не накапливаются.

При значительных поступлениях тяжелых металлов (на уровне 10 ПДК и бо лее) иногда наблюдается изменение кислотности чернозема обыкновенного. Подкис ление среды с накоплением загрязнителей отмечается чаще, чем подщелачивание (Колесников и др., 2001). Окислительно-восстановительный потенциал (Eh) почвы при её загрязнении тяжелыми металлами практически полностью зависит от измене ния её кислотности.

При ухудшении состояния любого из составляющих агроландшафта (почва, вода и т.д.) на Кубани получать высокий урожай и незагрязненную продукцию объ ективно нельзя. Очень важно установить нормы поступления из почвы в растения таких элементов, как свинец, кадмий и другие, при постоянном применении удобре ний. К сожалению, очень мало информации о загрязненности целым рядом тяжелых металлов таких важных культур, как озимая пшеница и др. Имеющиеся в литературе сведения нередко носят противоречивый характер и весьма ограничены во времен ном аспекте проведения исследований. В опытах на табачных плантациях в почве установлены значительные концентрации меди и цинка. В отдельных хозяйствах Се верского района Краснодарского края медь и цинк обнаруживали в почвах в концен трации до 7 ПДК, хотя в табачном сырье их содержание было незначительным (Фи липчук, 1999).

Тяжелые металлы, наряду с другими элементами, формируют свои малые и большие круговороты в отдельных ландшафтах и биосфере в целом. Установлено, что растения одного вида, произрастающие на разных почвах, накапливают разное количество тяжелых металлов (Меркушева и др., 2001). В условиях Западного За байкалья в массе растений содержание тяжелых металлов располагалось в следую щем порядке: NiPbCd. Основная масса тяжелых металлов накапливается в корне вой массе, многократно превышая их показатели в надземных органах. Многие авто ры, изучающие распределение химических элементов по профилю почв, указывают на равномерность их размещения с определенной аккумуляцией в верхнем горизон те. Подвижность металлов зависит от горизонта почвы, рельефа местности, состава материнской породы, химического состава и многих других условий (Виноградов, 1956;

Swaine, 1961;

Ковда, 1995).

При поступлении в почву в больших количествах тяжелые металлы, бесспор но, оказывают влияние на свойства субстрата и, прежде всего, на его биологические и биохимические свойства, на изменение в нём подвижных форм питательных ве ществ. Загрязнение почвы тяжелыми металлами влияет на трансформацию азотсо держащих веществ, подавляет активность азотфиксации и т.д. (Tyler, Momsjob, 1974;

Обухов и др., 1980;

Гришина и др., 1984;

Евдокимова и др., 1984;

Клевенская, 1985;

Родынюк, 1985;

Левин и др., 1989). Наибольшее давление на эти процессы оказывает кадмий, несколько меньше медь, затем цинк и свинец (Vesper, Weidensaul, 1978;


Умаров, Азиева, 1980).

Соединения тяжелых металлов могут оказывать влияние на численность мик роорганизмов в почве (Гузев и др., 1986). В большей степени чувствительны к за грязнению тяжелыми металлами аммонифицирующие, олигонитрофильные и неко торые споровые бактерии, актиномицеты, в меньшей степени – целлюлозолитиче ские бактерии и бактерии, использующие минеральный азот;

наиболее устойчивы микроскопические грибы (Левин и др., 1985;

Колесников и др., 2001).

Не во всех случаях загрязнения почв тяжелыми металлами наблюдается сни жение численности почвенных микроорганизмов, иногда общая численность микро флоры возрастает (Кобзев, 1980;

Булавко, 1982;

Загуральская, Зябченко, 1994). Как предполагают некоторые исследователи, такое состояние связано с гибелью чувстви тельных микроорганизмов и активным развитием устойчивых форм, использующих в качестве питания энергетический материал погибших клеток. Ряд авторов сообща ет об отсутствии достоверных изменений количества микроорганизмов в загрязнен ных почвах. Это определяется значительной природной вариабельностью численно сти микроорганизмов (Звягинцев, Голимбет, 1983, Левин и др., 1989). В грибном со обществе загрязненной почвы появляются устойчивые к тяжелым металлам виды микромицетов, обладающие фитотоксическими свойствами (Марфенина, 1985), что вызывает опасность уничтожения типичных и формирование нетипичных сообществ почвенных микроорганизмов под воздействием высоких уровней загрязнения тяже лыми металлами.

Тяжелые металлы оказывают значительное влияние на общую численность, видовой состав и активность почвенной микробиоты. Более однозначным является изменение состава и структуры комплекса почвенных микроорганизмов, которые проявляются в снижении видового разнообразия. Указанные характеристики явля ются наиболее чувствительными к загрязнению тяжелыми металлами и первыми подвергаются изменению – при содержании металлов в почве до 1 ПДК (Вальков и др., 1997;

Колесников и др., 1999, 2001). Ухудшение основных функций почвы про исходит одновременно с ухудшением химических, физико-химических и биохими ческих функций почвы.

О влиянии загрязнения металлами на группу целостных биогеоценотических свойств почвы можно судить по показателям её фитотоксичности, урожайности и качества урожая сельскохозяйственных культур. Загрязнение тяжелыми металлами приводит к увеличению фитотоксических свойств почвы, снижает урожайность и ка чество сельскохозяйственной продукции (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;

Ильин, 1991;

Вальков и др., 1997).

Определенный интерес проявляется к развитию технологии восстановления почв, известной как фиторемедиация, включающей фитостабилизацию и фитоэкс тракцию. Под фитостабилизацией понимается технология, при которой устойчивые к тяжелым металлам растения выращиваются на загрязненных почвах с целью сниже ния подвижности металлов и тем самым дальнейшего снижения загрязнения окру жающей среды через выщелачивание этих загрязнителей в грунтовые воды или пре дотвращение их распространения ветровой и водной эрозией почв.

В исследованиях М.М. Умарова и Е.Е. Азиевой (1980) установлено, что сни жение в субстрате дозы свинца стимулирует азотфиксирующую активность. Процес сы аммонификации и нитрификации относительно менее чувствительны к тяжелым металлам (Zukowska-Wieszczek, 1980;

Badura et al., 1984), хотя повышенные их кон центрации ведут к снижению интенсивности этих процессов (Premi, Cornfield, 1969;

Tyler et al., 1974;

Евдокимова, Мозгова, 1975). Невысокие дозы тяжелых металлов порой даже стимулируют процессы аммонификации и нитрификации (Умаров, Азиева, 1980;

Wainwright, 1980;

Гришина и др., 1990). Уровень подвижных форм азота и минеральных веществ заметно снижается при повышенных концентрациях ряда тяжелых металлов (Tyler, 1975).

Особое влияние на содержание в почве минерального азота оказывает медь и, значительно меньше, кадмий и свинец на бедных почвах, а на богатых почвах, на оборот, содержание тяжелых металлов способствует поддержанию подвижных форм азота (Tyler et al., 1974;

Соборникова, Вальков, 1983).

В опытах, выполненных в Выселковском районе Краснодарского края, загряз нение чернозема обыкновенного тяжелыми металлами как уменьшает, так и увели чивает содержание в нем подвижных форм азота и фосфора. Действие тяжелых ме таллов определяется свойствами самого металла, уровнем его содержания в почве и сроками экспозиции (Колесников и др., 1999).

Очищение почв, загрязненных тяжелыми металлами, идет в основном за счет естественных процессов (вымывание с инфильтрационными водами) очень медлен но. Внесение водорастворимых солей тяжелых металлов в почву усиливает их ми грацию только в первый год, а в последующие годы они трансформируются в менее подвижные соединения и их вымывание из корнеобитаемого слоя почв резко снижа ется (Шильников и др., 1997).

Передвижение тяжелых металлов в системе почва-растение регулируется ря дом факторов (Добровольский, 1997;

Шильников и др., 1997). Исследования такого порядка способствуют разработке систем нормирования и защитных мер по сниже нию загрязнения сельскохозяйственной продукции и деконтаминации (очищению) почв. Однако не всегда установленные при моделировании закономерности мигра ции и транслокации отдельных металлов можно перенести на реальную основу в природной среде. Это связано с селективностью отдельных почв, антагонистически синергическими отношениями микро- и макроэлементов при их транслокации и раз личии в толерантности растений к отдельным загрязнителям, а также и их сочетани ям. Установлено, что поведение отдельных тяжелых металлов в комплексном соста ве загрязнения весьма сильно изменяется и такие изменения в поведении тяжелых металлов обусловливаются как почвенными особенностями, так и физиолого биохимическими особенностями растений (Фатеев и др., 2001) Почвы по-разному поглощают отдельные тяжелые металлы (различие интен сивности поглощения и количественных норм поглощения и др.), что связано с раз личиями в способности катионов металлов к формированию нерастворимых соеди нений, специфической адсорбции, комплексообразованию и т.д. Эти особенности тяжелых металлов зависят от химического состава почв и, прежде всего, уровня их кислотности.

Весьма высокой степенью вымывания тяжелых металлов отличаются дерново подзолистые супесчаные почвы предгорной зоны края, имеющие низкую степень по глощения. Другие почвы, близкие по гранулометрическому составу и емкости по глощения, но различающиеся по содержанию гумуса, кальция и кислотности, замет но отличаются по вымыванию тяжелых металлов, особенно свинца, кадмия, цинка и никеля. Так, суммарное количество вымытых из дерново-подзолистых почв Zn, Cd, Ni и Рb составило 0,29 мг-экв./100 г почвы, а из черноземов - всего 0,005 мг-экв./ г почвы (Фатеев и др., 2001). Иными словами, почвенный фактор имеет большое значение в вертикальной миграции тяжелых металлов.

Растения являются весьма важным фактором на пути перемещения тяжелых металлов. Корневые системы способны сдерживать достаточно большие количества ионов, что связано с совокупным действием морфологических структур и химиче ских реакций неспецифической природы, к которым относятся обменная емкость корней, концентрация металлов в вакуолях, а также химическая инактивация соеди нений (Ильин, 1991).

Накопление в почвах тяжелых металлов вызывает определенные изменения в растениях, связанные с возникновением в них защитных механизмов и усилением антагонизма ионов. Так, значительное превышение по кадмию, свинцу, никелю и хрому не привело к достоверному понижению урожая редиса и моркови, но способ ствовало увеличению содержания в корнеплодах фосфора и калия, которые, очевид но, являются элементами-антагонистами.

Устойчивость растений к тяжелым металлам определяется, прежде всего, со ставом загрязнителя. Считается, что из всех сельскохозяйственных культур пшеница является весьма устойчивой к тяжелым металлам, тогда как овес менее устойчив.

Взаимодействия различных тяжелых металлов могут быть и синергическими, и анта гонистическими. Например, в суданской траве отмечено снижение поступления кад мия до 40 % в варианте со свинцовым загрязнителем. Изменчивость направленности взаимодействия между тяжелыми металлами А. Кабата-Пендиас и X. Пендиас (1989) объясняют тем, что синергизм кадмия со свинцом и никелем может быть артефак том, который возникает вследствие разрушения физиологического барьера у орга низмов под действием стресса из-за избыточного воздействия тяжелых металлов.

Особенности взаимовлияния элементов, а также их антагонизм или синергизм, про являющиеся в процессе взаимодействия, обусловливаются обеими составляющими системы почва-растение (Фатеев и др., 2001).

При загрязнении почвы тяжелыми металлами способность последних посту пать в растения определяется свойствами пахотного слоя почвы и биологическими особенностями самих растений, а также составом загрязнителей. Загрязнение расте ниеводческой продукции и снижение урожайности культур вызывается в основном дисбалансом веществ и эколого-физиологических несопряжений, возникающих в системе почва-растение.

При оценке экологической обстановки целесообразно учитывать буферные свойства почв в отношении тяжелых металлов, поскольку переход подвижных форм тяжелых металлов в малоподвижные сопряжен с содержанием в почве мелкодис персных глинистых частиц, оксидов железа и алюминия, содержанием и составом гумуса. С повышением кислотности почвы подвижность в ней тяжелых металлов понижается (Орлов и др., 1989). Способность почв инактивировать тяжелые металлы связывают с содержанием в них гумуса и глины и величиной актуальной кислотно сти (Kloke, 1988;

Гаврилова и др., 1995;

Ильин, 1995). Кроме того, буферная способ ность почв оценивается по емкости её катионного обмена, представляющего собой интегральную характеристику содержания гумуса и глины и её актуальную кислот ность (Девятова и др., 1996). На этой основе разрабатываются нормирующие прямые при оценке территории по степени опасности для здоровья человека, при проектиро вании новых предприятий, вновь создаваемых агрономических хозяйств и т.д. (Иль ин, 1997).

С помощью нормирующих прямых по характеристике взаимодействующих составляющих можно оценить буферные возможности загрязненных, но еще исполь зующихся в сельском хозяйстве почв, для подбора культур, способных давать гигие нически безопасную продукцию. В нашей стране ведется работа по оценке активно сти тяжелых металлов в почве для сохранения экологической чистоты растительной продукции. Установлена прямая связь между содержанием тяжелых металлов в поч ве и встречаемостью загрязненных ими выше гигиенической нормы огородных куль тур. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами свыше ОДК-95, отмечено 100 % ное загрязнение огородных культур кадмием и очень редко цинком, а свинец остает ся в допустимых пределах (Ильин, 2000). Работы по нормированию содержания хи мических соединений в почвах в настоящее время проводятся в различных районах нашей страны достаточно широко (Ильин, 2000;

Матвеев и др., 2001).

Органическое вещество оказывает определенное влияние на адсорбцию тяже лых металлов (Petruzzelli et al., 1978). В ряде работ рассматривается связь с ионной формой составляющих почв, составом и свойствами в её жидкой фазе некоторых ка тионов тяжелых металлов. Ряд работ посвящен взаимосвязи между поглощением Pb2+, Co2+, Cd2+ и других тяжелых металлов и содержанием высокодисперсных мине ралов в почвенном поглощающем комплексе (ППК) (Shuman, 1975;

Benjamin, 1982;

Tiller et al., 1984). Установлены ряды минералов, характеризующиеся определенной величиной адсорбции тяжелых металлов. Способностью аккумулировать тяжелые металлы обладают оксиды железа (Gadde, 1974;

Tiller et al., 1984). Накопление свин ца связано с высокой обменной емкостью его соединений, но больше всего это про исходит в силу их высокой избирательной способности по отношению к катионам других тяжелых металлов (Пинский, 1995).

Взаимосвязи коэффициентов избирательной способности и максимальных ад сорбций с показателями состава и свойств почв важны для понимания механизмов взаимодействия обмена катионов тяжелых металлов с элементами почвенно поглощающего комплекса. Они также позволяют установить влияние состава и свойств почв на сложные процессы, происходящие в почвенных экосистемах. Фор мы присутствия тяжелых металлов в почвах (подвижные и валовые) определяют их поведение и доступность растениям.

Механизмам поглощения тяжелых металлов почвами и их составляющими по священо немало работ, однако, оценка этих механизмов у разных авторов весьма противоречивая (Понизовский, Мироненко, 2001). По данным, полученным в инсти туте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН (Понизовский и др., 2001), четко показано, что поглощение тяжелых металлов разными типами почв при колебании рН от 4,5 до 6,0 происходит параллельно вытеснению ионов кальция и водорода. Этот процесс, представляет трехкатионный ионный обмен и яв ляется обратимым. При рН6,0 преобладает другой механизм поглощения свинца – осаждение его карбоната. Установлено, что с увеличением рН поглощение почвами тяжелых металлов обычно увеличивается. Обменный процесс свинца в глинисто перегнойных комплексах на кальций и водород является обратимым. Например, осаждение малодисперсного карбоната свинца наблюдается при рН6,0 и при нали чии углекислого газа атмосферного воздуха. Иными словами, связывание свинца из кислых растворов идет по механизму трехкатионного обмена, а при высоких рН (ближе к нейтральным) отмечено выпадение карбонатов свинца в осадок.

Связь между содержанием тяжелых металлов, глины и гумуса в почве. Грану лометрический состав почвы влияет на подвижность тяжелых металлов. На глини стых и суглинистых (тяжелых) почвах токсичность тяжелых металлов проявляется слабее, чем на песчаных и супесчаных (легких) (Головатый и др., 2000).

Весьма эффективно ионы тяжелых металлов поглощаются органическим веще ством, представляющим отмершие части растений и микробную биомассу. Органи ческое вещество под действием микроорганизмов претерпевает ряд превращений, образуя гумус (обычно темноокрашенная часть почвы), в состав которого входят гу миновые и фульвокислоты. Комплексы тяжелых металлов с гуминовыми кислотами более устойчивы (органический запас тяжелых металлов в почве), чем комплексы с фульвокислотами, в которых тяжелые металлы более подвижны, а потому и легко доступны для корней растений и почвенной биоты. Внесение в почву гуминовых ки слот приводит к значительной иммобилизации Сu, Pb, Cd, Zn, Ni (Алексеев, 1987).

Константа стабильности (log K) комплексов Cd с гуминовой кислотой, выделенной из навоза по методу Griffith и Schnitzer, составила 7,18, а основные ТМ по стабиль ности их комплексов расположились в следующий ряд: CuZnFePbCdMn (Relan, 1986).

Органическое вещество почвы характеризуется большой водоудерживающей, катионной и анионопоглотительной способностью. Тяжелые металлы хорошо адсор бируются органическим веществом почвы, образуя с ним комплексные соединения, которые менее доступны для поглощения растениями. Поэтому в почвах с высоким содержанием органического вещества опасность накопления избыточного количест ва тяжелых металлов в растениях меньше, чем в малопродуктивных с низким содер жанием гумуса (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989;

Ильин, 1991).

М.М. Овчаренко (1997) отмечает для условий Московской области, что органи ческим веществом активно закрепляются медь и свинец и значительно сильнее цинк и кадмий, а сочетание известкования и внесения в почву навоза, торфа и цеоли та снижает содержание кадмия в зерне ячменя и в сене клевера. Удвоение дозы ми неральных удобрений не оказывает существенного влияния на урожай, что, по видимому, объясняется отсутствием их действия на концентрацию тяжелых метал лов в растениях.

L.Kiekens, A.Cottenic, Q.Van Lundshoot (1984) сравнили поступление тяжелых металлов в растения итальянского райграса при внесении их в песчаную и глини стую почвы в виде осадков сточных вод и чистых минеральных солей с эквивалент ными количествами Zn, Сu, Cd и Ni. В почву вносили разное количество осадка и со ответственно неорганических солей тяжелых металлов. Результаты опытов показали, что внесение тяжелых металлов с органическим веществом осадков сточных вод го родской канализации препятствует их поступлению в растения. Особенно четко это проявляется на легких почвах с малой емкостью катионного поглощения;

на глинах разница по вариантам опыта сглаживается, поскольку сама почва характеризуется высокой поглотительной способностью.

На миграцию тяжелых металлов в почвах влияют простые органические соеди нения (некоторые аминокислоты, оксикислоты и т. п.), являющиеся хелатообразую щими агентами, активно мобилизующими в почвах тяжелые металлы (Алексеев, 1987;

Овчаренко,1997).

Поступающие в почву тяжелые металлы концентрируются главным образом в пахотном слое, что может приводить к избыточному накоплению токсичных элемен тов в растительной продукции и инфильтрационных водах, образуя вторичные тех ногенные аккумуляции (Bohmer, 1989;

Greter-Domergue et al., 1989;

Demuth et al., 1993;

Шильников, 1997). В.Б. Ильин (1991) указывает на возможность накопления тяжелых металлов в иллювиальном и карбонатном горизонтах, в которые попадают насыщенные тяжелыми металлами и воднорастворимыми формами элементов тон кодисперсные частицы, мигрирующие из вышележащих слоев. В иллювиальном и карбонатном горизонтах металлосодержащие соединения выпадают в осадок. Этому в наибольшей степени способствует резкое повышение рН среды в почве указанных горизонтов, обусловленное наличием карбонатов (Ильин, 1991).

Скорость и глубину перемещения ионов по профилю почв обусловливают три типа геохимических барьеров (механический, физико-химический и биологический), способствующих осаждению, отложению и накоплению металлов. Факторами, влияющими на миграцию тяжелых металлов, являются следующие характеристики почвы: гранулометрический состав, окислительно-восстановительные условия, ки слотно-щелочные условия, количество органического вещества, микроэлементный состав почвообразующих пород, рельеф местности, агротехнические приемы и др.

Регулируя эти факторы, можно изменять миграцию тяжелых металлов по профилю почв и снижать их попадание в грунтовые воды. Гранулометрический состав почвы определяет ее удельную поверхность, а следовательно, и содержание тяжелых ме таллов, связанных с глинистой фракцией, а также водный режим и интенсивность водной миграции (Алексеев, 1987;

Овчаренко, 1997).

Кислотно-щелочные условия влияют на растворимость и подвижность органи ческих и неорганических соединений тяжелых металлов. Например, кадмий в сугли нистых почвах остается в верхних горизонтах, если рН выше 6. При рН ниже 6 под вижность кадмия повышается;

если рН ниже 5, его подвижность еще больше усили вается. Свинец и медь почти всегда остаются в верхних горизонтах почвы (Skokart, 1986), С увеличением кислотности почвы миграционная способность почти всех тя желых металлов возрастает (Стриад, Золотарева, 1988).

Органическое вещество играет одну из главных ролей в процессах регулирова ния миграции и сорбции тяжелых металлов. Емкость поглощения тяжелых металлов гумусом примерно в 4 раза выше, чем глиной. Прочно фиксируются органическим веществом Рb, Сu, слабее - Cd, Ni, Co, Мn. Свинец и кадмий могут связываться толь ко молекулами гумуса, так как из-за большого ионного радиуса они не могут глубо ко проникать в глинистые минералы (Алексеев, 1987;

Овчаренко, 1997).



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 13 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.