WWW.KNIGA.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА - Книги, пособия, учебники, издания, публикации

 

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |

«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 ...»

-- [ 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 результатов исследований и экспериментальных материалов, выполненных научноисследовательским институтом прикладной и экспериментальной экологии Кубанского госагроуниверситета. В частности, в сравнительном плане рассматриваются уровни загрязнения основных составляющих экосистем (почва, вода, донные отложения) по природно-хозяйственным зонам и геохимическим ландшафтам в пределах отдельных административных районов и в целом по краю, а также накопление загрязняющих веществ в растительных и животных тканях. Анализируются особенности загрязнения тяжелыми металлами водных систем, особенно степной зоны, в связи со спецификой хозяйственной деятельности человека. Для некоторых загрязнителей (цинк, свинец, кадмий, кобальт и ДДТ) анализируются особенности их распределения по почвенным слоям, элементам рельефа и сезонам года. Эти и другие сведения, затрагивающие характер загрязнения ландшафтных систем Кубани, представляют интерес для научных и практических работников экологической сферы, преподавателей ВУЗов, техникумов и средних школ, а также для студентов и учащихся.

Материалы, помещенные в приложениях обеих частей монографии, могут использоваться как справочный материал всеми, кого интересуют проблемы экологии отдельных районов края.

Подготовка и издание монографии «Экология Кубани» в 2-х частях были осуществлены при материальной поддержке Администрации края и Департамента 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 8. ОСНОВНЫЕ ПРИЧИНЫ ОБОСТРЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ

Глава 9. МЕРОПРИЯТИЯ ПО СНИЖЕНИЮ НЕГАТИВНОГО

ТЕХНОГЕННОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ОКРУЖАЮЩУЮ

ПРЕДИСЛОВИЕ

Экологическая ситуация в крае, как и во всей стране, продолжает осложняться, что связано, прежде всего, с не всегда продуманным использованием природных ресурсов – вырубка леса, добыча нефти, газа, строительных материалов, развитие аграрного комплекса и т.д. В совокупности все развиваемые человеком производства вносят определенную лепту в давление на окружающую среду: в усиление парникового эффекта, в загрязнение почв, атмосферы, гидросферы, формирование кислотных дождей, уничтожение почвенного покрова и лесных сообществ, в сокращение биоразнообразия и природных 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 морей; вырубка лесов у истоков и в устьях притоков реки Кубань и рек Черноморского побережья и особенно в горных районах; резкое увеличение количества автотранспортных средств, причем далеко не лучшего качества, а также другие формы воздействия на природу в регионе. Существенные изменения в системе хозяйственного комплекса в последние 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 научноисследовательским институтом прикладной и экспериментальной экологии Кубанского госагроуниверситета в период с 1998 по 2005 годы.

Потребительское отношение к природе, особенно фирм, развитие которых базируется на частном капитале, в сознании людей постепенно изменяется, и в обществе нарастает понимание необходимости более бережного отношения к природным комплексам и того факта, что человек - не господин природы, а один из её биологических компонентов и судьба человечества полностью зависит от состояния биосферы и её ресурсов, многие из которых ограничены, т.е. вполне исчерпаемы. Сегодня основная задача каждого, кому дорога Родина, делать все, чтобы изменить свое отношение к окружающей среде, научиться бережно относиться к природе и к самому себе, к природным ресурсам, 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 условия. 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 поверхности 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 природопользования не только в рамках нашего края, но и во всем государстве должны основываться на оптимизации гармоничного взаимодействия человека с природой на основе естественных законов развития биосферы. В этом плане безусловный интерес представляет 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 воздействий чрезвычайных ситуаций как техногенного, так и природного характера.

Состояние окружающей среды и перспектива её развития уже сегодня определяют 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 природы приобретают рассматриваемые в настоящей книге токсикологические проблемы состояния окружающей среды с учетом заметно обостряющегося экологического кризиса.

Во второй части монографии ставится задача проанализировать состояние окружающей среды в крае, загрязнение её основных составляющих различными токсикантами и обосновать количественные критерии оценки фактического уровня загрязнения природных и техногенных ландшафтов в условиях активизации производственнохозяйственной деятельности предприятий разного технического оснащения, с учетом современных требований природопользования и масштабов антропогенного давления на природу, что поможет, надеемся, улучшить экологическую ситуацию и остановить деградацию ландшафтных систем самых разных природно-хозяйственных зон и отдельных 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 агроландшафтных систем института, кандидата биологических наук Гукалова В.Н., научных сотрудников НИИ Абехтикову О.В., Баранову С.Б., Гайдая А.А., Демченко М.М., Кобецкую О.А., Малиновскую В.И., Масько М.С., Мокшанцеву М.В., Мельник О.А., Пономареву 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 биологии 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, исследования которых позволили объективно обсуждать конкретные проблемы состояния окружающей 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 постоянную помощь (моральную, материальную, техническую) в работе научного экологического центра.

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

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

ВВЕДЕНИЕ

Прежде чем начать анализировать конкретные проблемы загрязнения окружающей 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 активно 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 назад в районах Центральной Африки. Формирование Человека разумного (Homo sapiens) 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, наступил 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 литературе под названием первой технологической (сельскохозяйственной) революции, которая сопровождалась уже заметным вторжением человека в природные комплексы.

До начала сельскохозяйственной революции общая площадь лесов в мире составляла 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 ремесленного 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. Промышленная революция обеспечила развитие производства в капиталистическом мире 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 определяющую силу общественного развития и производства товаров потребления. Третья технологическая (промышленная) революция началась 6 августа 1945 года, когда была взорвана первая атомная бомба над Хиросимой в Японии, положившая начало отсчету атомной эры, включая разработку и производство атомного оружия и атомной энергетики, создание электронно-вычислительных машин, персональных компьютеров и т.д., что стало важной основой развития новых технических производств. Например, создание квантового генератора лазера (1960 г.) вызвало революцию в области микрохирургии, технологии обработки материалов, полиграфии, военной технике, а лазерные принтеры и проигрыватели в современном мире стали обычной бытовой техникой.

Технический прогресс второй половины 20-го века характеризует все виды человеческой деятельности и, прежде всего, в области космической техники и электроники. Размеры современной деятельности человека не сравнимы ни с какими периодами 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. Сегодня на Планете добывается свыше 100 млрд. т различных горных пород, что примерно равно количеству выбросов вулканических извержений. Землепашество перемещает 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. Человек забирает на свои нужды около 4 тыс. м3 речного стока, сжигает больше млрд. т условного топлива, использует 22 млрд. т атмосферного кислорода, производит 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 % задерживается 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 поступают 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 освоено в настоящее время 60 % суши, под застройку занято 300 млн. га. Человек способен сегодня регулировать гидрологию на значительных территориях, изменять климат, ландшафты, растительный и почвенный покров, хотя пока еще на относительно 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 нарастающими темпами расширяется и увеличивается и объективно нет никаких признаков его замедления. Тем не менее, имеется существенный разрыв между сельским хозяйством и промышленным производством, который за последние 50 лет возрос примерно в 8 раз, а производство зерновых - менее чем в 2,5 раза при увеличении числа населения в 2 раза. Повысилась калорийность питания людей, возросла продолжительность жизни в развивающихся странах, поднялся уровень образования населения. 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 «семерки», 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 Интернет, обусловило объективное формирование нового общества - информационного, которое обозначило новый этап в развитии современной цивилизации в начале 70-х годов 20-го века. Современный мир немыслим без компьютеров, радио, телефонов, телевизоров, магнитофонов и т.д. Можно надеяться, что новые информационные 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 технологической 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 большими 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 разрабатывается 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 обусловливают самоподдерживающиеся пожары, в которых горит все, включая металл и железобетон. 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, первыми попали в такое огненное торнадо. В центре Сталинграда температура в пожарах доходила до сотен градусов. Сталинград был окутан дымом, державшимся над городом 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 показывают, 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 оставшиеся в живых после пожара люди будут умирать от голода, радиации и эпидемий, 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 - практически полная гибель человечества и всей биосферы. Иными словами, масштабы влияния человека на природу в результате третьей технологической революции стали чрезвычайно большими, совершенно не учитывающими потенциальные возможности устойчивости биосферы, что может оказаться весьма опасным на определенном этапе существования жизни на нашей планете.

Однако надежда умирает последней, потому что, начиная с 60-х годов прошлого 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 поднявшего 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 металлами, пестицидами, углеводородами, радиоактивными веществами, влияющими весьма негативно в большинстве случаев на биологические системы.

Остановимся на анализе особенностей давления на окружающую среду отдельных 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 поддержки материальными и финансовыми средствами, обеспечат стабильность развития 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 экологического резерва биосферы и её потенциальных возможностей к самовосстановлению и самоочищению и потому представляется весьма необходимым для оптимизации взаимоотношений человека и природы с учетом различных форм его воздействия на природные и техногенные системы и для изучения специфики таких воздействий (Израиль, 1984). Особое значение и чрезвычайную актуальность имеют токсикологические исследования состояния окружающей среды (Сузуки, 1977).

Важной проблемой современных исследований в области общей экологии является определение порога эффекта токсикологического воздействия в системах токсикант – окружающая среда – живой организм, включая и человека, и установление зависимости между дозой токсиканта и ответной реакцией системы. Последнее послужило основой для развития нового направления в экологии – экотоксикологии, формирующейся на фундаментальных основах экологической, бионеорганической и токсикологической химии. Значимость экотоксикологии определяется оценкой современных представлений о токсичности и канцерогенности химических элементов и их соединений, к которым относятся многие тяжелые металлы, пестициды, углеводороды, радионуклиды, исследованием специфических биогеохимических особенностей 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 токсикологического воздействия в системах токсикант–живой организм (Санодский, 1975) с использованием формулы Dr = Do- (De+Dm), где Dr – доза вредного вещества, достигшая рецептора; Do – доза вредного вещества, введенного в организм; De – доза вредного вещества, выделенного из организма; Dm - доза вредного вещества, обезвреженного в процессе продвижения яда к рецепторам. Эффект токсикологического порога определяет безопасность человека и других организмов при условии загрязнения окружающей среды ниже установленного уровня, который на живые организмы 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 организмах - растениях и животных. Рассмотрим происхождение и определим основные источники их распространения в биосфере.

Источники тяжелых металлов. Весьма важным поставщиком тяжелых металлов в почву и водные системы являются минеральные и органические удобрения. Набор тяжелых металлов и их количество в удобрениях (прежде всего в фосфорных) зависят от природного сырья, используемого для производства продукции, его состава, определяемого геологическим происхождением и географическим положением месторождений. Например, в фосфатном сырье содержатся кадмий, свинец и много других элементов. Содержание тяжелых металлов в разных формах фосфорных удобрений весьма сильно варьирует - от минимальных количеств (несколько мг/кг) до 100 мг/кг (Минеев и др., 1982). Хотя в целом содержание тяжелых металлов в фосфорных удобрениях относительно невысокое, но их широкое применение под сельскохозяйственные культуры, имеющие большое хозяйственное значение, 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 обсуждаются во многих научных работах. Например, В.Г. Минеев (1990) и Б.А. Ягодин и др.

(1991) подчеркивают, что фосфорные удобрения (добыча сырья и производство различных видов удобрений) заметно загрязняют окружающую среду тяжелыми металлами. В работе А.И. Баева и др. (1988) указывается на увеличение концентрации меди, цинка и свинца в растительных организмах в зоне Сумгаитского суперфосфатного 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 удобрений.

Некоторые исследователи показывают, что потенциальная возможность концентрации в почве тяжелых металлов при внесении удобрений маловероятна (Минеев, 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 микроэлементами, благоприятствующими режиму питания растений (Каталымов, 1965; Потатуева и др., 1984).

В основном исследуется влияние удобрений на тяжелые металлы в краткосрочном опыте по миграции подвижных форм в пахотном горизонте и почти не изучено 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 образования 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 физические 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 органических удобрений, наоборот, происходит их иммобилизация.

Исследованиями А.Н. Парасюты и др. (2000) при многолетнем применении удобрений на выщелоченном черноземе опытного поля Краснодарского НИИСХ установлено, что внесение органических и минеральных удобрений не оказало существенного 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 подвижные формы остальных тяжелых металлов находились ниже уровня ПДК.

Основные проблемы взаимодействия тяжелых металлов с различными процессами, происходящими в почве, в растениях и в организмах животных, с учетом специфики 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 результатам которых объективно судить о динамике тяжелых металлов и их участии в различных блоках ландшафта достаточно трудно. Именно это обстоятельство и обусловливает 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 индустриальных районах, но и в почвах сельскохозяйственного использования (КабатаПендиас, Пендиас, 1989; Greter-Domergue, 1989; Ильин, 1991; Черных, 1995; Шеуджен, 2003). Применяемые в земледелии средства химизации (минеральные и органические удобрения, нетрадиционные виды удобрений, навоз, известь) являются источниками 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). Тяжелые металлы, концентрируются обычно в верхнем слое почвы (2-5 см) и подразделяются на валовые и подвижные формы. Например, концентрация кадмия в почвенных 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. Наиболее сильное антропогенное загрязнение тяжелыми металлами характерно для почвенного 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 климатических условий, физических и химических свойств элементов и т.д. К почвенным факторам относятся: гранулометрический состав, содержание гумуса, реакция среды, емкость катионного обмена, содержание подвижных соединений фосфора, дренированность и др. Поглотительная способность почв обусловлена наличием в них мелкодисперсной фракции различных минералов, органического вещества, минеральных и органических кислот, тяжелых металлов и подразделяется на физическую, химическую, биологическую и физико-химическую.

Физическая поглотительная способность почв связана с размером частиц минеральной фракции и повышается с уменьшением их размера, т.к. это способствует увеличению их суммарной поверхности и адсорбирующей способности. Такой способностью 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, вермикулит и подобные им минералы, характеризуются высокой поглотительной способностью 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 преимущественно каолинитом, обладают практически такой же поглотительной способностью, как супесчаные и песчаные почвы.

Почвенные минеральные и органические коллоиды несут преимущественно отрицательный 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 увеличением кислотности почвы. Для уменьшения подвижности и фитотоксичности металлов в почвах, имеющих небольшую емкость катионного обмена, необходимо проводить их «глинование» - улучшение глинами, содержащими монтмориллонит или вермикулит. Например, кадмию свойственны крупные ионы, поэтому они неэффективно 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 токсичность тяжелых металлов и их вероятное накопление в растительной продукции (Dijkshoorn, 1983; Pelzer, 1987; Овчаренко, 1997). Основным методом снижения подвижности тяжелых металлов посредством образования гидроокисей и карбонатов является повышение показателя pH почвы путем известкования, хотя этот метод эффективен не для всех почв и растений (Графская, Величко, 1998; Овчаренко 1998;

Шильников и др., 1998). В кислых почвах подвижность соединений тяжелых металлов в значительной степени может контролироваться органическим веществом и полуторными окислами.

Наряду с уровнем содержания в почве тяжелых металлов и различными свойствами самих почв, сильное влияние на загрязнение растительной продукции оказывает влияние состав и соотношение элементов-загрязнителей. Например, кадмий усиливает негативное воздействие свинца и ослабляет положительную функцию цинка (Гукалов, 2002). В кислых почвах (неокультуренных и слабоокультуренных) подвижных соединений кадмия больше. Мобильность кадмия повышается при его внесении с другими тяжелыми металлами, например, с цинком и свинцом (Каплунова, 1983).

Транслокация тяжелых металлов в почвах и формы их водной миграции во многом зависят от вида и концентрации ионов, которые способны формировать с тяжелыми 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 сведений. 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, Рамамурти, 1987; Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989). Обычно комплексные соединения металлов непрочны и легко разрушаются в почве под действием различных факторов, среди которых не последнее место занимает микробиологическая деятельность.

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

Из других агрономических средств наибольшее влияние на иммобилизацию и использование загрязнителей растениями оказывают известкование и внесение навоза. 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 использования 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 подвижность этих элементов в почве и уменьшает их поступление в растения. Из всех мероприятий по снижению поступления свинца и кадмия в растения достаточно эффективным является внесение навоза при норме более 40 т/га. На кислых почвах предгорий края определенный эффект будет давать внесение навоза и извести совместно.

В состав минеральных удобрений тяжелые металлы попадают вместе с сырьем, или их поступление связано с устаревшими технологиями производства. Фосфорные удобрения из отечественного сырья содержат небольшое количество тяжелых металлов и токсичных элементов (Карпова, Потатуева, 1990; Ягодин и др., 1991;

Потатуева и др., 1994). Попадая в почву, часть тяжелых металлов в силу определенной 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 удобрений представляет большой научный и практический интерес (Носовская и др., 2001).

Многие тяжелые металлы в микроколичествах являются важными элементами, способными повышать качество и количество продукции сельскохозяйственных культур.

Вторым важным источником поступления в природные системы тяжелых металлов являются сточные воды. На подвижность тяжелых металлов в почвах оказывают определенное влияние осадки сточных вод (Салама, Абузид, 1997). Установлено, 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 органического 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 атомноабсорбционным методом с графитовой печью дают возможность существенно удешевить и ускорить анализ суспендированного растительного материала (Кахнович, 1998).

Внесение осадков сточных вод на черноземе выщелоченном приводит к неодинаковому 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 подвижных 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 минеральных удобрений в условиях слабого подщелачивания в черноземных почвах связываются Cd, Zn, Сu и Мn (Касатиков и др., 1999).

Положительное влияние органических удобрений и известкования на снижение подвижности тяжелых металлов в почвах и их поступление в растения отмечено многими авторами (Гомонова, 1994; Лебедева и др., 1994; Ладонин, 1995). Установлено, 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 мобилизации подвижных форм цинка, что указывает на высокую способность этого элемента к миграции. В полевых исследованиях во Владимирской области (Бердяева и др., 2001) установлено, что при длительном применении осадков сточных вод на дерново-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 значительной 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 значительное количество тяжелых металлов и других загрязнителей, выбрасываемых производствами Украины, Ростовской, Волгоградской и Воронежской областей и Ставропольского края. По нашим расчетам, выбросы краевых производств, достигающие через трансграничный перенос других территорий, составляют около 25 % (остальные 75 % оседают на территории края). Кроме того, от 50 до 75 % выбросов химических и металлургических производств из соседних территорий достигают нашего края. Относительно защищенной от трансграничных загрязнений является черноморская рекреационная зона; она защищена горами и огромными лесными массивами. 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 промышленного производства. Наиболее активно тяжелыми металлами загрязняются почвы вблизи крупных промышленных предприятий, производящих обычно значительные техногенные выбросы. Изучение характера загрязнения почв и выращиваемой продукции 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 атмосферу 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 обследование прилегающих территорий (Приваленко, Попонин, 1994). Выявлены факты загрязнения почвенного покрова свинцом, цинком, никелем и кадмием. В 1999 г. изучены 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 металлов и состоянием почвенного поглощающего комплекса. Отмечено сильное загрязнение 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 металлами снижаются. До 0,5 км от производства значение уровней загрязнений значительно повышено. Большие количества тяжелых металлов в почве (валовые формы) повышают их подвижность. В почвах накопилось более 35 % выпавшего никеля, более 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 никелем 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 металлами показано на примере зоны локальных выбросов Иркутского алюминиевого завода (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 никель, хром, стронций, цинк, медь, ванадий, молибден, мышьяк. Наибольшее количество 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 установлено, что распространение тяжелых металлов в зоне влияния завода определяется:

– атомной массой отдельных элементов;

– химической активностью элементов и их способностью вступать в реакции – геоморфологией территории;

– наличием вблизи предприятия водных источников.

Для выяснения местных загрязнителей в промышленных городах рекомендуется проведение рекогносцировочных исследований почвенного покрова с учетом природного фона, качества сельскохозяйственных культур, выращиваемых в пределах 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, характеризующим 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 сопутствующего, 2) газовые выбросы двигателей внутреннего сгорания, 3) трансграничные переносы, 4) сжигание стерни, сорной растительности, мусора и различных отходов. Тяжелые металлы активно концентрируются в почвенном горизонте (прежде всего в верхних гумусовых слоях), откуда они медленно вымываются, но весьма активно поглощаются корнями практически всех видов растений.

Многие тяжелые металлы, особенно в высоких концентрациях, отличаются высокой токсичностью и поскольку накапливаются в почве и растительных организмах 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 высокотоксичными 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 опирается на наблюдения за их накоплением в ландшафтах и состоянием живых организмов в естественных условиях. Знание потоков тяжелых металлов в различных ландшафтах позволяет нормировать выбросы различных производств и регулировать эти потоки с учетом конкретных условий природной среды района, чтобы уровни содержания отдельных элементов и соединений неприродного происхождения находились в почвах и природной воде в концентрациях, не способных вызывать гибель организмов (Белюченко и др., 2002).

Поддержание низкого уровня предельно допустимых выбросов предполагает выполнение определенных мероприятий по снижению выбросов на старых предприятиях 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 питания, вплоть до человека. В нашем случае большое значение имеет установление уровней загрязнения почв как подвижными, так и валовыми формами тяжелых металлов: 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 количеством их валовой формы, гумусом, оксидами железа и марганца, окислительновосстановительным 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 органического вещества; их подвижность в щелочной среде снижается, и в восстановительной среде многие тяжелые металлы менее подвижны, чем в окислительной.

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

Большое внимание в настоящее время уделяется разработке и совершенствованию методов определения тяжелых металлов. Например, рентгенофлуоресцентное определение тяжелых металлов проводится с использованием малогабаритного рентгеновского спектрометра "Спектроскан" (Пуховский, 1997), который хорошо зарекомендовал 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 токсичных элементов как в верхнем слое почвы, так и в растительной продукции, инфильтрационных водах, а также в различных почвенных горизонтах. С инфильтрационной водой тяжелые металлы мигрируют в форме различных соединений. По данным П.В. Елпатьевского и Т.Н. Луценко (1990), доля свободных ионов ряда тяжелых 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 сельскохозяйственных культур (Обухов, Попова, 1992).

Изучение миграции тяжелых металлов из корнеобитаемого слоя дерновоподзолистых 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 очищения почвы от этого металла.

Загрязнение почв тяжелыми металлами, особенно свинцом, цинком, медью и кадмием, обнаружено не только в индустриальных районах, но и на сельскохозяйственных полях, удаленных от промышленных центров (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 1991; Черных, 1995; Шеуджен, 2003). Загрязнение почв тяжелыми металлами 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 аккумуляции (Bohmer, 1989).

Различие в степени водной миграции тяжелых металлов определяется типом почв, химией металлов, формой их содержания в почве и продуктивностью сельскохозяйственных 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 концентрации 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 анализе содержания тяжелых металлов в почвах имеет смысл говорить об их потенциальном и актуальном загрязнении. Потенциальное загрязнение определяется атмосферным 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 тяжелых 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 повышение ферментативной активности почв (Кобзев, 1980; Булавко, 1982).

С изменением биологических свойств почв, как правило, усиливается их фитотоксичность (Звягинцев, 1978). Влияние отдельных тяжелых металлов в малых количествах (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 более), к сожалению, очень мало.

Мало исследований посвящено влиянию на почвы и растения одновременного воздействия тяжелых металлов при их комплексном внесении. В понятие токсичности почвы вкладывается определение показателей снижения роста растений на исследуемой почве по сравнению с контролем; это связано с накоплением в почве вредных химических веществ (сложные органические соединения, образуемые микрофлорой, - фитотоксины или простые неорганические вещества, включая тяжелые металлы). В качестве тест-объекта могут быть использованы различные живые организмы. 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 (Вальков и др., 1997). Установлено, что влияние тяжелых металлов на характер прорастания семян и рост проростков озимой пшеницы зависит от доз, природы металла, его содержания в почве и продолжительности воздействия. Установлено также, что чернозем 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 более) иногда наблюдается изменение кислотности чернозема обыкновенного. Подкисление 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 изменения её кислотности.

При ухудшении состояния любого из составляющих агроландшафта (почва, вода и т.д.) на Кубани получать высокий урожай и незагрязненную продукцию объективно нельзя. Очень важно установить нормы поступления из почвы в растения таких элементов, как свинец, кадмий и другие, при постоянном применении удобрений. 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 временном аспекте проведения исследований. В опытах на табачных плантациях в почве установлены значительные концентрации меди и цинка. В отдельных хозяйствах Северского района Краснодарского края медь и цинк обнаруживали в почвах в концентрации до 7 ПДК, хотя в табачном сырье их содержание было незначительным (Филипчук, 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 Забайкалья в массе растений содержание тяжелых металлов располагалось в следующем порядке: NiPbCd. Основная масса тяжелых металлов накапливается в корневой массе, многократно превышая их показатели в надземных органах. Многие авторы, изучающие распределение химических элементов по профилю почв, указывают на равномерность их размещения с определенной аккумуляцией в верхнем горизонте. 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, бесспорно, оказывают влияние на свойства субстрата и, прежде всего, на его биологические и биохимические свойства, на изменение в нём подвижных форм питательных веществ. Загрязнение почвы тяжелыми металлами влияет на трансформацию азотсодержащих 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 микроорганизмов в почве (Гузев и др., 1986). В большей степени чувствительны к загрязнению тяжелыми металлами аммонифицирующие, олигонитрофильные и некоторые споровые бактерии, актиномицеты, в меньшей степени – целлюлозолитические 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 снижение численности почвенных микроорганизмов, иногда общая численность микрофлоры возрастает (Кобзев, 1980; Булавко, 1982; Загуральская, Зябченко, 1994). Как предполагают некоторые исследователи, такое состояние связано с гибелью чувствительных микроорганизмов и активным развитием устойчивых форм, использующих в качестве питания энергетический материал погибших клеток. Ряд авторов сообщает об отсутствии достоверных изменений количества микроорганизмов в загрязненных почвах. Это определяется значительной природной вариабельностью численности микроорганизмов (Звягинцев, Голимбет, 1983, Левин и др., 1989). В грибном сообществе 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 тяжелыми 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 являются 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 происходит одновременно с ухудшением химических, физико-химических и биохимических 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 качество 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 фитоэкстракцию. Под фитостабилизацией понимается технология, при которой устойчивые к тяжелым металлам растения выращиваются на загрязненных почвах с целью снижения подвижности металлов и тем самым дальнейшего снижения загрязнения окружающей среды через выщелачивание этих загрязнителей в грунтовые воды или предотвращение их распространения ветровой и водной эрозией почв.

В исследованиях М.М. Умарова и Е.Е. Азиевой (1980) установлено, что снижение в субстрате дозы свинца стимулирует азотфиксирующую активность. Процессы аммонификации и нитрификации относительно менее чувствительны к тяжелым металлам (Zukowska-Wieszczek, 1980; Badura et al., 1984), хотя повышенные их концентрации 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, наоборот, содержание тяжелых металлов способствует поддержанию подвижных форм азота (Tyler et al., 1974; Соборникова, Вальков, 1983).

В опытах, выполненных в Выселковском районе Краснодарского края, загрязнение чернозема обыкновенного тяжелыми металлами как уменьшает, так и увеличивает содержание в нем подвижных форм азота и фосфора. Действие тяжелых металлов 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 медленно. Внесение водорастворимых солей тяжелых металлов в почву усиливает их миграцию только в первый год, а в последующие годы они трансформируются в менее подвижные соединения и их вымывание из корнеобитаемого слоя почв резко снижается (Шильников и др., 1997).

Передвижение тяжелых металлов в системе почва-растение регулируется рядом факторов (Добровольский, 1997; Шильников и др., 1997). Исследования такого порядка способствуют разработке систем нормирования и защитных мер по снижению загрязнения сельскохозяйственной продукции и деконтаминации (очищению) почв. Однако не всегда установленные при моделировании закономерности миграции и транслокации отдельных металлов можно перенести на реальную основу в природной среде. Это связано с селективностью отдельных почв, антагонистическисинергическими отношениями микро- и макроэлементов при их транслокации и различии в толерантности растений к отдельным загрязнителям, а также и их сочетаниям. Установлено, что поведение отдельных тяжелых металлов в комплексном составе загрязнения весьма сильно изменяется и такие изменения в поведении тяжелых металлов обусловливаются как почвенными особенностями, так и физиологобиохимическими особенностями растений (Фатеев и др., 2001) Почвы по-разному поглощают отдельные тяжелые металлы (различие интенсивности поглощения и количественных норм поглощения и др.), что связано с различиями в способности катионов металлов к формированию нерастворимых соединений, 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 дерновоподзолистые супесчаные почвы предгорной зоны края, имеющие низкую степень поглощения. Другие почвы, близкие по гранулометрическому составу и емкости поглощения, но различающиеся по содержанию гумуса, кальция и кислотности, заметно 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 химических реакций неспецифической природы, к которым относятся обменная емкость корней, концентрация металлов в вакуолях, а также химическая инактивация соединений (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 способствовало увеличению содержания в корнеплодах фосфора и калия, которые, очевидно, являются элементами-антагонистами.

Устойчивость растений к тяжелым металлам определяется, прежде всего, составом 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 антагонистическими. Например, в суданской траве отмечено снижение поступления кадмия 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 артефактом, который возникает вследствие разрушения физиологического барьера у организмов под действием стресса из-за избыточного воздействия тяжелых металлов.

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

При загрязнении почвы тяжелыми металлами способность последних поступать в растения определяется свойствами пахотного слоя почвы и биологическими особенностями самих растений, а также составом загрязнителей. Загрязнение растениеводческой 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 мелкодисперсных 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 кислотности (Kloke, 1988; Гаврилова и др., 1995; Ильин, 1995). Кроме того, буферная способность почв оценивается по емкости её катионного обмена, представляющего собой интегральную характеристику содержания гумуса и глины и её актуальную кислотность (Девятова и др., 1996). На этой основе разрабатываются нормирующие прямые при оценке территории по степени опасности для здоровья человека, при проектировании новых предприятий, вновь создаваемых агрономических хозяйств и т.д. (Ильин, 1997).

С помощью нормирующих прямых по характеристике взаимодействующих составляющих можно оценить буферные возможности загрязненных, но еще использующихся в сельском хозяйстве почв, для подбора культур, способных давать гигиенически безопасную продукцию. В нашей стране ведется работа по оценке активности тяжелых металлов в почве для сохранения экологической чистоты растительной продукции. Установлена прямая связь между содержанием тяжелых металлов в почве и встречаемостью загрязненных ими выше гигиенической нормы огородных культур. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами свыше ОДК-95, отмечено 100 %ное загрязнение огородных культур кадмием и очень редко цинком, а свинец остается в допустимых пределах (Ильин, 2000). Работы по нормированию содержания химических 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 тяжелых металлов (Petruzzelli et al., 1978). В ряде работ рассматривается связь с ионной формой составляющих почв, составом и свойствами в её жидкой фазе некоторых катионов тяжелых металлов. Ряд работ посвящен взаимосвязи между поглощением Pb2+, Co2+, Cd2+ и других тяжелых металлов и содержанием высокодисперсных минералов 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 свинца связано с высокой обменной емкостью его соединений, но больше всего это происходит в силу их высокой избирательной способности по отношению к катионам других тяжелых металлов (Пинский, 1995).

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

Механизмам поглощения тяжелых металлов почвами и их составляющими посвящено немало работ, однако, оценка этих механизмов у разных авторов весьма противоречивая (Понизовский, Мироненко, 2001). По данным, полученным в институте 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 является 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 глинистоперегнойных комплексах на кальций и водород является обратимым. Например, осаждение малодисперсного карбоната свинца наблюдается при рН6,0 и при наличии 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. Гранулометрический состав почвы влияет на подвижность тяжелых металлов. На глинистых 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 веществом, представляющим отмершие части растений и микробную биомассу. Органическое вещество под действием микроорганизмов претерпевает ряд превращений, образуя гумус (обычно темноокрашенная часть почвы), в состав которого входят гуминовые 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 кислот 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 стабильности их комплексов расположились в следующий ряд: CuZnFePbCdMn (Relan, 1986).

Органическое вещество почвы характеризуется большой водоудерживающей, катионной и анионопоглотительной способностью. Тяжелые металлы хорошо адсорбируются 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 количества тяжелых металлов в растениях меньше, чем в малопродуктивных с низким содержанием гумуса (Кабата-Пендиас, Пендиас, 1989; Ильин, 1991).

М.М. Овчаренко (1997) отмечает для условий Московской области, что органическим веществом активно закрепляются медь и свинец и значительно сильнее цинк и кадмий, а сочетание известкования и внесения в почву навоза, торфа и цеолита снижает содержание кадмия в зерне ячменя и в сене клевера. Удвоение дозы минеральных удобрений не оказывает существенного влияния на урожай, что, повидимому, объясняется отсутствием их действия на концентрацию тяжелых металлов в растениях.

L.Kiekens, A.Cottenic, Q.Van Lundshoot (1984) сравнили поступление тяжелых металлов в растения итальянского райграса при внесении их в песчаную и глинистую почвы в виде осадков сточных вод и чистых минеральных солей с эквивалентными количествами Zn, Сu, Cd и Ni. В почву вносили разное количество осадка и соответственно неорганических солей тяжелых металлов. Результаты опытов показали, что внесение тяжелых металлов с органическим веществом осадков сточных вод городской 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 соединения (некоторые аминокислоты, оксикислоты и т. п.), являющиеся хелатообразующими 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 элементов в растительной продукции и инфильтрационных водах, образуя вторичные техногенные 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 тонкодисперсные 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, кислотно-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 металлов, связанных с глинистой фракцией, а также водный режим и интенсивность водной миграции (Алексеев, 1987; Овчаренко, 1997).

Кислотно-щелочные условия влияют на растворимость и подвижность органических и неорганических соединений тяжелых металлов. Например, кадмий в суглинистых почвах остается в верхних горизонтах, если рН выше 6. При рН ниже 6 подвижность кадмия повышается; если рН ниже 5, его подвижность еще больше усиливается. Свинец и медь почти всегда остаются в верхних горизонтах почвы (Skokart, 1986), С увеличением кислотности почвы миграционная способность почти всех тяжелых металлов возрастает (Стриад, Золотарева, 1988).

Органическое вещество играет одну из главных ролей в процессах регулирования 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 только молекулами гумуса, так как из-за большого ионного радиуса они не могут глубоко проникать в глинистые минералы (Алексеев, 1987; Овчаренко, 1997).

Опыты в лизиметрах показали, что с глубиной концентрация ТМ понижается и на глубине 90 см она в 5-6 раз меньше, чем в пахотном горизонте. Содержание тяжелых металлов в твердой фазе почвы выходит на фоновый уровень на глубине 30- см. Высокое содержание в почвенном растворе водорастворимых органических соединений приводит к повышению миграционной способности металлов благодаря образованию устойчивых органо-минеральных комплексов. В их составе металлы могут транспортироваться за пределы почвенного профиля (Елпатьевский, 1985).

Растворы гумусового горизонта являются начальным этапом формирования поверхностного стока и характеризуются преобладанием истинно растворимых форм тяжелых металлов для всех классов ландшафтов - природных и антропогенных. Инфильтрация через нижележащие горизонты сопровождается выведением органического вещества и связанных с ним металлов из раствора и усложнением миграционных форм элементов. Комплексирование Zn, Cd и Мn в основном низкомолекулярными фракциями обусловливает низкую долю сложных форм этих элементов и преимущественную миграцию в составе истинных растворов. Общее содержание Cd при ПДК 0,01 мг/дм3 в загрязненных подземных водах составляет 10-15 мг/дм3 (Мур, Рамамурти, 1987).

Тяжелые металлы с инфильтрационными водами из корнеобитаемого слоя почвы могут мигрировать в виде различных соединений. Согласно некоторым данным (Добровольский, 1983; Ефремов, Носиков, 1988; Елпатьевский, Луценко, 1990), содержание свободных ионов цинка и кадмия составляет от 5 до 90 % аналитической концентрации этих элементов. Содержание их комплексных соединений с неорганическими лигандами варьирует в почвах в пределах 3-28 %, а с фульвокислотами - в пределах 4-40 % соединений. Кроме того, от 2 до 27 % тяжелых металлов может мигрировать в составе липидов. Балансовые исследования, проведенные в МГУ, показали, что вынос тяжелых металлов (Zn,Cu,Ni) из почвы с внутрипочвенным стоком было многократно меньше отчуждения их с урожаем сельскохозяйственных культур (Обухов, Попова, 1992).

Во Владимирской области в опытном хозяйстве ВНИПТИОЦ проводились многолетние исследования перераспределения тяжелых металлов в профиле дерновоподзолистой супесчаной почвы при длительном использовании осадков сточных вод и извести. Установлено, что основная масса свинца и кадмия сосредоточена в слое 0см, миграция тяжелых металлов в более глубокие горизонты сдерживается залегающим на глубине 50-60 см мощным водоупорноморенным тяжелым суглинком.

Систематическое внесение возрастающих доз осадков сточных вод, содержащих в своем составе тяжелые металлы, в дерново-подзолистую супесчаную почву привело к загрязнению выше ПДК не только пахотного, но и подпахатного горизонтов такими элементами, как кадмий и свинец, что стало следствием вертикальной миграции их почвенных растворов и взвешенных коллоидных частиц (Минеев и др., 2003).

Распределение подвижных форм химических элементов по профилю почвы при длительном систематическом применении минеральных удобрений на Долгопрудной агрохимической опытной станции им. Д.Н. Прянишникова показало, что основное накопление подвижных форм Cd, Mn и Mo свойственно для пахотного (0-20 см) горизонта почвы. Периодическое известкование почвы устраняло обменную кислотность и обеспечивало в пахотном горизонте заметное снижение подвижности большинства химических элементов. Наибольшая подвижность отмечена для кадмия, хрома, никеля и свинца (Потатуева, 2002).

В лизиметрическом опыте ВНИИУ (Шильников, 1997) в г. Москве были исследованы количественные параметры миграции Cd, Zn и Pb из корнеобитаемого слоя супесчаной и тяжелосуглинистой дерново-подзолистой пахотной почвы. Результаты проведенных в течение четырех лет лизиметрических исследований показали, что загрязненные кадмием, цинком и свинцом почвы очищаются за счет естественных процессов (вынос с урожаем, вымывание с инфильтрационными водами) очень медленно. Внесение водорастворимых солей ТМ в почву усиливало их миграцию только в первый год, но и в этом случае она была в количественном выражении незначительной. В последующие годы водорастворимые соли тяжелых металлов трансформируются в менее подвижные соединения и их вымывание из корнеобитаемого слоя почв резко снижается. Инфильтрация тяжелых металлов, с одной стороны, приводит к загрязнению высоко залегающих грунтовых вод, а с другой, это один из способов естественного самоочищения пахотного горизонта почвы (Минеев, 2003).

Имеющийся экспериментальный материал о количественных параметрах миграции тяжелых металлов из корнеобитаемого слоя почв и факторах, влияющих на этот процесс, недостаточен и не позволяет разрабатывать эффективные мелиоративные мероприятия по детоксикации загрязненных почв и составлять научнообоснованные балансы токсичных элементов.

Тяжелые металлы и гидросфера. Качество практически всех вод гидросферы во многом определяется санитарным состоянием почв. От загрязнения почвы страдают не только поверхностные, но и подземные воды – важный источник питьевого водоснабжения населения, поскольку почвенно–грунтовые слои не являются для них абсолютным защитным барьером. Наибольший вынос тяжелых металлов из почвы в грунтовые воды происходит под агроландшафтами повышенной интенсивности (под огородами), особенно в условиях ненормированного применения средств химизации, главным образом органических и минеральных удобрений (Потатуева, 2001).

Многолетними исследованиями установлено, что концентрация тяжелых металлов в подземных водах разных генетических типов сильно варьирует в зависимости от принадлежности к гидродинамическим зонам гидролитосферы. Подземные воды отличаются многократно более высокой концентрацией тяжелых металлов, чем воды поверхностной гидросферы (Тютюнова, 1992). В поверхностные водоемы кадмий попадает с грунтовыми водами, поверхностным стоком из аккумулятивных ландшафтов, а также воздушным путем. В пресноводных водоемах и реках содержание тяжелых металлов колеблется в широких пределах. Наименьшее содержание тяжелых металлов зарегистрировано в акватории Тихого океана, к востоку от Японских островов (например, концентрация кадмия составила 0,8-9,6 нг/л на глубине 8м) (Бутников, 1998).

При попадании в водоем тяжелые металлы распределяются между компонентами этой водной экосистемы. Однако не всякое количество металла вызывает расстройство системы. При оценке способности экосистемы сопротивляться внешнему токсическому воздействию принято говорить о её буферной емкости. Под буферной емкостью пресноводных экосистем по отношению к тяжелым металлам понимается такое количество металла-токсиканта, поступление которого существенно не нарушает естественного характера функционирования всей изучаемой экосистемы. Буферная емкость поверхностных вод по отношению к металлам-токсикантам определяется не только наличием растворенного вещества и взвесей, но и аккумулирующей способностью гидробионтов, а также кинетикой поглощения ионов металлов всеми компонентами экосистемы, включая комплексообразование с растворенными органическими веществами. Все это говорит о сложности процессов, протекающих в поверхностных водах при попадании в них металлов-загрязнителей (Шустов, Шустова, 1995).

Металл-токсикант в водной системе распределяется на следующие составляющие: 1) металл в растворенной форме; 2) сорбированный и аккумулированный фитопланктоном (растительными организмами); 3) удерживаемый донными отложениями в результате седиментации взвешенных органических и минеральных частиц из водной среды; 4) адсорбированный на поверхности донных отложений непосредственно из водной среды в растворимой форме; 5) находящийся в адсорбированной форме на частицах взвеси.

На формы нахождения тяжелых металлов в водах оказывают влияние гидробионты (например, моллюски). Наблюдаются сезонные колебания тяжелых металлов концентрации: в зимний период они максимальны, а летом, вследствие активного роста биомассы, снижаются (Будников, 1998). К такому выводу приходит и М.М.

Овчаренко (1997): наиболее высокое количество элементов поступает в мелиоративную сеть в зимний период - более 50%, а с мая по октябрь их поступление не превышало 8 % от годового количества.

При осаждении взвешенных органических частиц, которые обладают способностью адсорбировать ионы, тяжелые металлы переходят в донные отложения. Интенсивность этого процесса зависит от таких факторов, как размеры и заряд адсорбирующих ионы кадмия частиц. Отмеченное выше явление накопления токсикантов в донных отложениях может явиться причиной вторичного загрязнения. Например, если источник загрязнения устранен и ”вода пошла нормальная”, в дальнейшем возможна миграция металла в воду из донных отложений. Прогнозирование состояния водных систем должно опираться поэтому на данные мониторинга всех составляющих, проводимого через определенные промежутки времени.

В природных поверхностных водах содержится множество органических веществ, 80 % которых составляют высокоокислительные полимеры типа гумусовых веществ, проникающих в воду из почв. Остальная часть органических веществ, растворимых в воде, представляет собой продукт жизнедеятельности организмов (полипептиды, полисахариды, жиры и аминокислоты) или же подобные по химическим свойствам примеси антропогенного происхождения. Все они, конечно, претерпевают различные превращения в водной среде. Вместе с тем все они являются комплексообразующими реагентами, связывающими ионы металлов в комплексы, и при этом общая концентрация токсиканта в воде не меняется. Принято считать, что наибольшей токсичностью обладают гидратированные ионы металлов, а связанные в комплексы опасны в меньшей мере или даже почти безвредны. Специальные исследования показали, что между общей концентрацией металла-токсиканта в природных поверхностных водах и их токсичностью нет однозначной зависимости (Мур, Рамамурти, 1987; Никаноров, Жулидов, 1991; Майстренко и др., 1996).

Присутствие в среде высоких концентраций лигандов, способных связывать тяжелые металлы, еще недостаточно для понижения концентрации свободных акваионов изучаемых элементов до уровня, безопасного для живых организмов. Адсорбция ионов тяжелых металлов донными осадками сильно зависит от кислотности среды. В нейтральных водных средах свободные ионы металлов практически полностью сорбируются частицами донных отложений (Бутников, 1998).

Различные поверхностные воды по-разному связывают ионы металловтоксикантов, проявляя при этом различную буферную емкость. Воды южных озер, рек и других водоемов, имеющих большой набор природных компонентов (гумусовые вещества, гуминовые кислоты и фульвокислоты) и их высокую концентрацию, способны к более эффективной природной детоксикации по сравнению с водоемами Севера и умеренной полосы (Никаноров, 1991). Таким образом, при прочих равных условиях токсичность вод, в которых оказались загрязнители, зависит также и от природных условий зоны.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 10 |
 
Похожие работы:

«КУРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА БИОЛОГИЧЕСКОЙ ХИМИИ Пособие для самоподготовки по биологической химии для студентов биотехнологического факультета КУРСК – 2007 ОГЛАВЛЕНИЕ Введение Раздел I. Белки. Ферменты. Тема 1.1. Аминокислоты. Белки. Тема 1.2. Структура и свойства ферментов. Кинетика ферментативных реакций Тема 1.3. Активаторы и ингибиторы ферментов. Регуляция активности ферментов. Вопросы к итоговому Химия белков. Ферменты. занятию №1. Раздел II. Биологическое...»

«КАФЕДРА МЕТОДИКИ ПРЕПОДАВАНИЯ ХИМИИ МОСКОВСКОГО ИНСТИТУТА ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ ОКРУЖНОЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ЗАПАДНОГО ОКРУЖНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕПАРТАМЕНТА ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ГОРОДА МОСКВЫ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №37 ЗАПАДНОГО ОКРУЖНОГО УПРАВЛЕНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ДЕПАРТАМЕНТА ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ МАТЕРИАЛЫ КРУГЛОГО СТОЛА НОВЫЕ ПОДХОДЫ К ОЦЕНИВАНИЮ КАЧЕСТВА ШКОЛЬНОГО ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ 24 ноября...»

«В.В. ПОМАЗАНОВ, С.Г. МАРДАНЛЫ, В.Ю. БОРИСОВ ЭКОлогическая ЛАБоратория • ВАША ДОМАШНЯЯ АПТЕЧКА РАСТИТЕЛЬНЫХ НАСТОЕК, СИРОПОВ И МАСЕЛ Владимир 2012 г. УДК ББК ПРЕДИСЛОВИЕ К нига написана известными учёными и специалистами в области биотехнологии, микробиологии, диагностики инфекционных заболеваний, фармаконутрициологии, химических наук. Предназначается для широкого круга читателей и специалистов, интересующихся составом и свойствами природных лекарственных средств и использующих их в своих...»

«Р Е Д КОЛ Л Е Г И Я Румен Бостанджиев (Болгария) — доктор медицины, психиатр, сексолог. Преподаватель Медицинской академии г. Софии, Пётр Доновский — директор Восточведущий сексолог Болгарии, председатель но-Европейского бюро ЭД Медицин. Международного общества сексологии Григорий Орман — главный медицинский и сексопатологии, президент Международпредставитель ЭД Медицин в Восточной Евного университета сексологии. ропе, профессор Европейской академии естеВрабка Орбецова (Болгария) — доктор...»

«исследовательская публикация Тематический раздел: Препаративная химия_Полная Подраздел: Органическая химия Регистрационный код публикации: or9 Поступила в редакцию 1 августа 2002 г. УДК 546.621 + 547.295,395’26+542.92 ТЕРМИЧЕСКОЕ РАЗЛОЖЕНИЕ АЛКОКСИАЦИЛАТНЫХ ПРОИЗВОДНЫХ АЛЮМИНИЯ, СОДЕРЖАЩИХ АЦИЛЬНЫЕ ЗАМЕСТИТЕЛИ С18 Матвеев Юрий Сергеевич,+ Хуршкайнен Татьяна Владимировна и Кучин Александр Васильевич* Институт химии Коми научного центра уральского отделения Российской Академии Наук. Ул....»

«ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА Издание 2013-11 Положение о кафедре Земледелие, почвоведение, агрохимия и земельный кадастр СМК 03-75-2013 Лист 1 из 18 УТВЕРЖДАЮ Ректор академии А. М. Петров _ 2013 г. ПОЛОЖЕНИЕ О КАФЕДРЕ ЗЕМЛЕДЕЛИЕ, ПОЧВОВЕДЕНИЕ, АГРОХИМИЯ И ЗЕМЕЛЬНЫЙ КАДАСТР Учт. экз № 1 Кинель 2 ФГБОУ ВПО Самарская ГСХА Издание 2013- Положение о кафедре Земледелие, почвоведение, агрохимия и земельный кадастр СМК 03-75- Лист 2 из ПРЕДИСЛОВИЕ 1. Положение вводится в действие с момента его утверждения...»

«Н. Н. Моисеев Общественная эволюция, рациональное общество Электронный ресурс URL: http://www.civisbook.ru/files/File/Moiseev_1992_3.pdf ОБЩЕСТВЕННАЯ ЭВОЛЮЦИЯ, Р А Ц И О Н А Л Ь Н О Е ОБЩЕСТВО Н.Н.Моисеев По мере развития производительных сил, по мере усложнения общественной организации роль обще­ ственных наук в судьбах человечества непрерывно возрастает. Это особенно ярко видно на переломах истории. Обществоведение должно впитывать в себя все то богатство идей и средств анализа, которые...»

«НАУЧНО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ КУРС ДЛЯ УЧИТЕЛЕЙ И ШКОЛЬНИКОВ СТАРШИХ КЛАССОВ Исследование степени сохранности исторических документов, выполненных на пергаменте, методом дифференциальной сканирующей калориметрии Краткое описание курса Пергамент – это наноструктурированный материал, обладающий уникальной прочностью и сохранностью благодаря иерархической организации молекул фибриллярного коллагена, составляющих его основу и объединенных в фибриллы. Пергамент является результатом специальной обработки...»

«ВВЕД ЕН И Е В БИ ОТЕХ Н ОЛ ОГИ Ю В П ОН ЯТИ ЯХ И ТЕРМ И Н А Х СП РА ВОЧН И К СТУ Д ЕН ТА -БИ ОТЕХ Н ОЛ ОГА Реком ендовано У чебно-м ет одическим объединением по ест ест веннонаучном у образованию в качест ве пособия для ст удент ов вы сш их учебны х заведений, обучающ ихся по специальност и 1-31 01 01 Биология (по направлениям ), направление 1-31 01 01-03 Биология (биот ехнология) М И Н СК БГУ УДК 60(035)(075.8) ББК 30.16я2я В С о с т а в и т е л и: О. Б. Русь, А. М. Ходосовская, А. Н....»

«Наталия Николаевна Соколова. Под кровом Всевышнего. Православная Гимназия во имя Преподобного Сергия Радонежского Н.Н.СОКОЛОВА Под кровом Всевышнего Новосибирск, 1998 Печатается по благословению Преосвященнейшего Сергия, епископа Новосибирского и Бердского Соколова Наталия Николаевна. Под кровом Всевышнего. Под общ. ред. Преосвященнейшего Сергия (Соколова), епископа Новосибирского и Бердского. Новосибирск: Православная Гимназия во имя Преподобного Сергия Радонежского, 1998. 464 с, ил. Под...»

«Влияние адсорбции оксидов азота и углерода на фотопроводимость пленок сульфида кадмия СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ.. 5 ГЛАВА I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ. 7 1.1. Общие понятия о промышленных газоанализаторах и принципах их работы.. 7 1.2. Датчики на основе полупроводниковых материалов и многокомпонентной высокотемпературной керамики. 9 1.3. Общие понятие о газоанализаторах выбросов ТЭС, основанных на принципах инфракрасной спектрометрии (ИКС), элетрохимическом (ЭХ) и хемилюминесцентном анализе (ХМ) 1.4....»

«КОЛЛОИДНАЯ ХИМИЯ: СТРОЕНИЕ ДВОЙНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СЛОЯ, ПОЛУЧЕНИЕ И УСТОЙЧИВОСТЬ ДИСПЕРСНЫХ СИСТЕМ Пособие для студентов химического факультета БГУ, 2011 1 УДК 544.77(076.5) ББК 24.6я73 С13 Рекомендовано Ученым советом химического факультета 13 сентября 2011 г., протокол № 1 Рецензенты: доктор химических наук, профессор Е. А. Стрельцов; доктор химических наук, профессор Д. Д. Гриншпан Савицкая, Т. А. С13 Коллоидная химия: строение двойного электрического слоя, получение и устойчивость...»

«СПИСОК научных и методических работ профессора кафедры фармакогнозии, доктора фармацевтических наук Поповой Ольги Ивановны с декабря 2005 г. по март 2012 г. № Наименование работы, ее вид Форма Выходные данные Объем, Соавторы п. л. 1 2 3 4 5 6 1. Научные работы 1.1. В изданиях, рекомендованных ВАК 1. Флавоноиды надземной части печ. Вопросы биологической, медицинской и Никитина А.С. 0, фармацевтической химии. – 2008. – №2 – С. 7-9. Маркова О.М. Dracocephalum moldavica L. (Lamiaceae), 0,...»

«Предисловие Лучше не знать? Подзаголовок данной книги пришел мне в голову, когда я услышала эту сакраментальную фразу из уст милой дамы после просмотра по центральному каналу ТВ документального фильма о еде. Этот фильм наверняка потряс большинство телезрителей, ибо в нем наглядно демонстрировалось, как из протухшей рыбы с помощью особых манипуляций рыночные торговцы делали вполне свежую и съедобную на вид, как синюю тощую курицу превращали в белую и упитанную, вкачав в нее шприцом специальный...»

«Ломоносов-2008 Химия Радиохимия ПРИ ПОДДЕРЖКЕ КОМИССИИ ПО РАБОТЕ С МОЛОДЕЖЬЮ НАУЧНОГО МЕЖВЕДОМСТВЕННОГО СОВЕТА ПО РАДИОХИМИИ ПОДСЕКЦИЯ РАДИОХИМИЯ Экспертный совет подсекции: Председатель к.х.н., доц. Бадун Г.А. к.х.н., доц. Алиев Р.А. Зам. председателя асп., м.н.с. Петров В.Г. Секретарь Члены совета д.х.н., профессор Абрамов А.А. д.х.н., профессор Бекман И.Н. д.х.н. Тананаев И.Г. к.х.н., доц. Калмыков С.Н. к.х.н., ст.н.с. Пресняков И.А. к.х.н., м.н.с. Северин А.В. Ломоносов-2008 Химия...»

«Бабкин В.В. Успенский Д.Д. Химические кластеры и припортовые заводы: Новый взгляд Москва 2013 В.В. Бабкин и Д.Д. Успенский связали свою жизнь с химической промышленностью, пройдя путь от рядовых инженеров до руководителей мощных индустриальных комплексов, определяющих развитие регионов и отрасли в целом. Многие годы работали вместе в Череповецком промузле, Бабкин В.В., также возглавлял в Министерстве управление по науке и технике, был членом коллегии. Авторы книги много и плодотворно занимались...»

«Миркин Б.М. Что такое растительные сообщества Москва Наука 1986 Лес, луг, болото, поле пшеницы или яблоневый сад - все это растительные сообщества, окружающие нас. О том, как они организованы и как развивалась изучающая их наука фитоценология, рассказано в этой книге. Фитоценология - основа современной экологически обоснованной системы использования растительности и со охраны. Читатель узнает много нового и интересного о поведении растений в сообществах, о причинах того, почему в одном случае...»

«Пособие по организации системы логистики в  предприятии общественного питания при  внедрении технологии увеличения срока  хранения скоропортящихся продуктов питания  в защитной атмосфере Пособие для технологов Москва 2008 год Содержание: 1. Описание технологии МГС * 2. Используемое оборудование * 3. Алгоритмирование процесса производства заготовок * 4. Требования к санитарно – гигиеническим условиям на производстве * 5. Технология использования шкафа шокового охлаждения * 6....»

«532 УДК 543.544 Фторсодержащие органические соединения как компоненты хроматографических и электрофоретических систем Найден С.В., Карцова Л.А. Санкт-Петербургский государственный университет, Санкт-Петербург Поступила в редакцию 22.03.2012 г. Аннотация Обсуждается применение фторсодержащих органических соединений в качестве стационарных фаз, элюентов и их модификаторов в хроматографии и капиллярном электрофорезе. Рассмотрены примеры применения фтороганических соединений при разделении...»

«НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ АРГО-ЭМ1 Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии УЛАН-УДЭ 2010 Советы бывалых огородников или как повысить плодородие с помощью ЭМ-технологии Составитель: к. т. н., исполнительный директор НПО АРГО-ЭМ1, Л. Г. Креккер Научный редактор: ген. директор НПО АРГО-ЭМ1 Е. В. Халтурин СОДЕРЖАНИЕ Введение 1. Советы бывалых огородников 2. Спрашивали – отвечаем 3. Решение проблем огорода без химии ВВЕДЕНИЕ Смесь глины, песка,...»






 
© 2014 www.kniga.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Книги, пособия, учебники, издания, публикации»

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.